V 11 vstoupil na College Stanislavs a v roce 1884 vydal svůj první dokument, který byl na elektrochemické buňky.
Duhemovy názory na filozofii vědy jsou vysvětleny v La théorie physique: son objet et sa structure. V této práci vyvrátil inductivistické tvrzení, že Newtonovy zákony lze dovodit z těch Kepler.
Jeho jméno je dáno Quine-Duhemovou tezí, která tvrdí, že pro jakýkoli daný soubor pozorování existuje nespočetně velké množství vysvětlení. Empirické důkazy tedy nemohou vynutit revizi teorie.
Mělo by se však vyjasnit, že jakkoli populární může být Duhem-Quineova teze ve filozofii vědy, ve skutečnosti Pierre Duhem a Willard Van Orman Quine uvedli velmi odlišné teze. Pierre Duhem věřil, že pouze v oblasti fyziky nemůžeme vyvrátit jedinou individuální hypotézu, ale celou teoretickou skupinu. Říká v ne nejistých pojmech, že experimentální teorie ve fyzice není stejná jako v případě oborů, jako je fyziologie a určité obory chemie. Také Duhemovo pojetí teoretické skupiny má své meze, protože ne všechny pojmy jsou vzájemně logicky propojeny. On vůbec nezahrnoval a priori disciplíny, jako je logika a matematika v rámci těchto teoretických skupin ve fyzice, které mohou být experimentálně testovány. Quine, na druhé straně, pojal tuto teoretickou skupinu jako jednotku celého lidského poznání. Dokonce i matematika a logika mohou být revidovány ve světle vzpurné zkušenosti, což je tvrzení, které Duhem nikdy nedržel.
Nicole Oresme, významná středověká vědkyně. Duhem začal považovat středověkou scholastickou tradici za původ moderní vědy
Duhem je také známý pro svou práci v termodynamice, je částečně zodpovědný za vývoj toho, co je známé jako Gibbs-Duhem vztah.