Uurides metallide reaktsioone hapetega, avastas Cavendish 1766 "põleva õhu" (vesiniku). Avastust kirjeldas ta teoses "Katsed kunstliku õhuga" (1766). Seetõttu peetakse teda üldiselt vesiniku avastajaks, kuigi alles Antoine Lavoisier näitas, et "põlev õhk" annab hapnikuga ühinedes vee, ja andis vesinikule nime. Ka Cavendish sai 1781 vesiniku ja hapniku reageerimisel vett, kuid avaldas tulemused alles pärast Lavoisier'd 1784.
Cavendish tegi kindlaks õhu koosnemise 78,33% "flogistoneeritud õhust" (tänapäeval lämmastik) ja 20,83% "deflogistoneeritud õhust" (tänapäeval hapnik). Lisaks leidis ta, et õhus on veel 0,83% tundmatut gaasi. Enam kui saja aasta pärast avastatigi õhus väärisgaasargoon.
1776 võttis kasutusele elektrilise pinge mõiste, uurides elektrinähtusi ja elektrilaengute jagunemist elektrijuhtidel.
1797 määras Cavendish väändekaalu abil gravitatsioonikonstandi suuruse ja selle abil arvutas ainult 1% veaga Maamassi. Gravitatsioonikonstandi määramine võimaldas arvutada ka Kuu, Päikese ja teiste taevakehade massi. Eksperimenti mille käigus Cavendish gravitatsioonikonstandi suuruse määras nimetatakse tänapäeval Cavendishi eksperimendiks.
Henry Cavendish oli Londoni Kuningliku Seltsi liige aastast 1760. 1871. aastast on Cambridge'i ülikoolis Cavendishi-nimeline füüsikalabor.
Isiksus
Cavendish oli ebatavaliselt häbelik, naistesse suhtus koguni põlgusega. Ta ei loonud meeleldi tutvusi väljaspool perekonnaringi. Oma teenijaskonnale laskis Cavendish eraldi välistrepi ehitada ja keelas neil maja sees olevat treppi kasutada, et ta teenijatega trepi peal kokku ei peaks sattuma. Kui keegi tundmatu teda tänaval kõnetas, ei vastanud ta, vaid võttis kiiresti lähima voorimehe ja sõitis ära. Kahtlustatakse, et tal oli Aspergeri sündroom, mis on üks autismi vorme.
Cavendish annetas heategevuseks ja rahalistes raskustes tuttavatele suuri summasid. Sealjuures ei puutunud ta aga oma põhikapitali, vaid elas ainult selle protsentidest. Kuna tema enda vajadused olid väikesed, levisid jutud tema määratust rikkusest, mis olevat saadud alkeemia abil. Alkeemiat Cavendish ei harrastanud, kuigi oli sellega hästi kursis.
Ta vältis sageli oma tööde avaldamist ega teatanud oma avastustest vahel isegi kaasteadlastele. Alles James Maxwell vaatas läbi Cavendishist järele jäänud paberid perekonnarhiivis ja leidis, et too oli teinud hoopis rohkem avastusi kui seni arvatud, ent nende avastuste au oli läinud juba teistele. Näiteks oli Cavendish avastanud Richteri seaduse, Ohmi seaduse, Henry-Daltoni seaduse, Charlesi seaduse ja elektrilise konduktiivsuse põhimõtted. Kakssada aastat enne Albert Einsteini mõõtis Cavendish täpselt tähekiirte kõrvalekaldumist Päikese massi mõjul. 1879 avaldas Maxwell Cavendishi valitud tööd.
Teisalt väärib märkimist, et tänapäeval kummutatud flogistoniteooria veendunud pooldajaks jäi Cavendish kuni surmani.
