În 1855, s-a mutat la Şcoala Tehnică Superioară din Zürich, unde a predat timp de 12 ani. Apoi la Würzburg şi, în cele din urmă, la Bonn, unde a rămas până la sfârşitul vieţii.
A scris o serie de lucrări, dedicate în special teoriei matematice a elasticităţii. În 1850, a publicat lucrarea „Despre forţa motrice a căldurii”, fiind primul care a formulat cea de-a doua lege a termodinamicii: „Căldura nu poate trece singură dintr-o substanţă mai rece în una mai caldă”. Clausius a contribuit şi la elaborarea teoriei cinetice a gazelor, publicând, în 1857, lucrarea „Despre felul mişcării pe care o numim căldură”, în care a explicat diferenţa dintre gazele reale şi gazele ireale.
În 1860, a calculat viteza moleculelor din gaze şi, ulterior, presiunea gazului asupra pereţilor vasului, ca fiind rezultatul lovirii repetate a pereţilor vasului de către molecule. „Metoda mărimilor mijlocii”, combinată cu teoria probabilităţii, a dus la crearea unui domeniu deosebit de important al fizicii, şi anume fizica statistică.
Tot Clausius a stabilit o ecuaţie care exprimă dependenţa punctului de topire (solidificare) a unei substanţe de presiune şi care a fost apoi denumită ecuaţia Clausius-Clapeyron. Dezvoltând teoria mecanică a căldurii, Clausius a descoperit că într-un sistem închis (care nici nu primeşte, nici nu cedează căldură mediului înconjurător), raportul dintre cantitatea de căldură şi căldura absolută a sistemului creşte cu fiecare proces. În cazul unei funcţionări perfecte a sistemului, care în lumea reală nu există, acest raport rămâne constant, adică nu scade niciodată. În 1865, el a denumit acest raport „entropie”.
Clausius a fost preocupat şi de problemele electrodinamicii şi teoria polarizării corpurilor dielectrice, pe baza căreia a stabilit raportul dintre constanta dielectrică şi densitatea corpului dielectric.
A murit la 24 august 1888.
