Chevreuls wissenschaftliche Arbeit deckte ein breites Spektrum ab, aber er ist am bekanntesten für die klassischen Forschungen, die er durchführte über tierische Fette, veröffentlicht 1823 (Recherches sur les corps gras d’origine animale). Diese ermöglichten es ihm, die wahre Natur der Seife aufzuklären; er war auch in der Lage, die Zusammensetzung von Stearin, einer weißen Substanz, die in den festen Teilen der meisten tierischen und pflanzlichen Fette vorkommt, und Olein, dem flüssigen Teil eines Fettes, zu entdecken und Stearin- und Ölsäuren zu isolieren, deren Namen er erfand. Diese Arbeit führte zu wichtigen Verbesserungen in den Prozessen der Kerzenherstellung.Chevreul war ein entschiedener Feind des Scharlatanismus in jeder Form und ein völliger Skeptiker gegenüber der „wissenschaftlichen“ psychischen Forschung oder dem Spiritismus, die zu seiner Zeit begonnen hatten. Seine Forschung über das „magische Pendel“, Wünschelruten und Tischdrehen ist revolutionär. In einem offenen Brief an André-Marie Ampère im Jahr 1833 und seinem 1854 erschienenen Papier „De la baguette“ erklärt Chevreul, wie menschliche Muskelreaktionen, völlig unwillkürlich und unbewusst, für scheinbar magische Bewegungen verantwortlich sind. Am Ende entdeckte Chevreul, dass, sobald eine Person, die Wünschelruten / Zauberpendel hielt, sich der Reaktion des Gehirns bewusst wurde, die Bewegungen aufhörten und nicht bereitwillig reproduziert werden konnten. Er war eine der frühesten Erklärungen für den ideomotorischen Effekt.
1824 wurde Chevreul zum Direktor der Färberei der Gobelins-Manufaktur in Paris ernannt, als Reaktion auf Beschwerden über technische Unzulänglichkeiten. Er fand heraus, dass einige Farbstoffe tatsächlich mangelhaft waren, aber dass der oft kritisierte schwarze Farbstoff erstklassig war. Mit diesem Schwarz gefärbte Stoffe wurden jedoch als schwach und rötlich empfunden, wenn sie von tiefen Blau- und / oder Purpurtönen umgeben waren. Chevreul nannte diesen Effekt Simultankontrast und definierte ihn als die Tendenz einer Farbe, sich sowohl in Bezug auf Farbton als auch Dunkelheit in Richtung des Komplementärs ihres Nachbarn zu verschieben.
Er erforschte die Auswirkungen des Konzepts in Buchlänge im Jahr 1839, in der Absicht, eine umfassende Theorie für alle bildenden Künste zu bilden. Es bot Designprinzipien für Wandteppiche, Teppiche, Möbel, Mosaike, Kirchen, Museen, Wohnungen, formale Gärten, Theater, Karten, Typografie, Rahmen, Glasmalerei, Damenbekleidung und sogar Militäruniformen. Es ist jedoch vor allem für seinen Einfluss auf die impressionistische und neoimpressionistische Malerei bekannt, insbesondere für den von Georges Seurat und Paul Signac entwickelten pointillistischen Stil, der winzige Nebeneinanderstellungen komplementärer Farben aufweist. Camille Pissarro berichtete, dass er Seurat interviewt hatte, der den Stil als Suche nach „der modernen Synthese mit wissenschaftlich fundierten Mitteln“ beschrieben hatte, die auf der von M. Chevreul entdeckten Farbtheorie und in Übereinstimmung mit den Experimenten von Maxwell und den Messungen von N. O. Rood.Chevreul betonte die Bedeutung einer genauen Darstellung der Beleuchtung für die Förderung des Realismus, fügte jedoch hinzu: „Es ist fast immer so, dass eine genaue, aber übertriebene Farbgebung angenehmer ist als absolute Treue zur Szene.“ Vincent van Gogh nahm sich den Rat zu Herzen und nutzte Komplementaritäten verschwenderisch, um sich gegenseitig zu intensivieren. Van Gogh schrieb: „Diese gegenseitige Erhöhung ist das, was man das Gesetz des Simultankontrasts nennt … Wenn die Komplementärfarben mit gleichem Wert genommen werden, das heißt, mit dem gleichen Grad an Helligkeit und Licht, wird ihr Nebeneinander sowohl das eine als auch das andere auf eine Intensität heben, die so heftig ist, dass menschliche Augen es kaum ertragen können, es zu betrachten.“Chevreul war auch einflussreich in der Malerei des zwanzigsten Jahrhunderts, insbesondere in der von Robert Delaunay, der von seinem Freund Jean Metzinger in Chevreuls Theorien eingeführt wurde. Delaunays Stil, relativ große Blöcke von nahezu Komplementären zu mischen, ist heute in der Regel als Orphismus bekannt. Delaunay selbst bevorzugte jedoch den Namen „Simultanismus“, eine klare Anspielung auf Chevreul.Chevreul ist auch mit dem verbunden, was manchmal Chevreuls Illusion genannt wird, den hellen Kanten, die zwischen benachbarten Streifen identischer Farben mit unterschiedlicher Intensität zu existieren scheinen. Siehe Chevreuls Die Gesetze des Farbkontrasts für weitere Informationen.