Самая ранняя химическая работа Фарадея была связана с его работой на Дэви, они изучали хлор. Фарадей открыл два новых соединения хлора и углерода. Он также провел первые приблизительные эксперименты по диффузии газов. Фарадею удалось сжечь несколько газов, исследовать сплавы стали и создать несколько новых видов стекла, предназначенных для оптики. Стёкла Фарадея были слишком дороги для практического применения, но применялись позже при экспериментах с действием магнита на свет и для выполнения правительственного задания по усовершенствованию маяков.
Фарадей изобрел первую форму горелки Бунзена, которая сейчас используется в научных лабораториях по всему миру. Он открыл такие химические вещества, как бензол (который он назвал бикарбюретом водорода) и сжижающие газы, такие как хлор. Сжижение газов помогло установить, что газы — это пары жидкостей, обладающие очень низкой температурой кипения. В 1820 году Фарадей сообщил о первом синтезе соединений из углерода и хлора и опубликовал свои результаты в следующем году. Также он вывел законы электролиза и ввел в обиход названия «анод, катод, электрод и ион», предложенные Уильямом Уэвеллом.
Фарадей первым сообщил о том, что позже стали называть металлическими наночастицами. В 1847 году он обнаружил, что оптические свойства коллоидов золота отличаются от оптических свойств соответствующего металла. Вероятно, это было первое зарегистрированное наблюдение эффектов квантового размера, и его можно считать рождением нанонауки.
Фарадей наиболее известен своими работами об электричестве и магнетизме. Его первым записанным экспериментом было построение гальванической батареи из семи британских полпенсовых монет, сложенных вместе с семью дисками листового цинка и шестью листами бумаги, смоченными соленой водой. С помощью этой кучи он разложил сульфат магнезии, что описал в первом письме Эбботу от 12 июля 1812 года.
В 1821 году, вскоре после того, как датский физик и химик Ганс Кристиан Орстед открыл явление электромагнетизма, Дэви и другой британский ученый Уильям Хайд Волластон попытались, но безуспешно, сконструировать электродвигатель. Фарадей же построил два устройства для создания того, что он назвал «электромагнитным вращением». Одно из них теперь известно как униполярный двигатель. Эти эксперименты и изобретения легли в основу современной электромагнитной техники.
В 1824 году Фарадей изучал, может ли магнитное поле регулировать ток в соседнем проводе, но он не обнаружил такой взаимосвязи. Помимо исследований, Фарадей публиковал результаты своих экспериментов по оптике и электромагнетизму; он вел переписку с европейскими и английскими учеными, которые также работали по этим темам. В 1831 году он начал большую серию экспериментов, в которых обнаружил электромагнитную индукцию, что было записано в лабораторном дневнике 28 октября 1831 года.
Диск Фарадея, созданный в 1831 году, стал первым электрическим генератором. Магнит в форме подковы создавал магнитное поле через диск. Прорыв Фарадея произошел, когда он намотал две изолированные катушки проволоки вокруг железного кольца и обнаружил, что при пропускании тока через одну катушку в другой катушке индуцируется кратковременный ток. Это явление теперь известно как взаимная индукция. Железное кольцо-спираль все еще демонстрируется в Королевском институте. В последующих экспериментах он установил, что изменяющееся магнитное поле создает электрическое поле; это соотношение было смоделировано математически Джеймсом Клерком Максвеллом как закон Фарадея, что впоследствии стало одним из четырех уравнений Максвелла, которые вошли в теорию поля. Позднее Фарадей использовал открытые им принципы для создания электрического динамо, предка современных генераторов энергии и электродвигателя.
В 1832 году он завершил серию экспериментов, направленных на исследование фундаментальной природы электричества. Он пришел к выводу, что, вопреки научному мнению того времени, различия между различными «видами» электричества были иллюзорными. Фарадей предположил, что существует только одно «электричество», а изменяющиеся значения количества и интенсивности (ток и напряжение) будут вызывать разные группы явлений.
Ближе к концу своей карьеры Фарадей предположил, что электромагнитные силы распространяются на пустое пространство вокруг проводника. Эта идея была отвергнута его коллегами-учеными, и Фарадей не дожил до признания своей концепции научным сообществом.
В 1845 году Фарадей обнаружил, что многие материалы проявляют слабое отталкивание от магнитного поля: явление, которое он назвал диамагнетизмом.
Фарадей также обнаружил, что плоскость поляризации линейно поляризованного света может вращаться путем приложения внешнего магнитного поля, совпадающего с направлением, в котором движется свет. Теперь это называется эффектом Фарадея. В сентябре 1845 года он написал в своей записной книжке: «Наконец-то мне удалось осветить магнитную кривую или силовую линию и намагнитить луч света».