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유기화학 가운데 특히 유기분석 분야를 개척했다. 21세 전까지는 생화학과 발생학 분야에서 독창적인 연구를 했다. 1818년 샤를 쿠앵드와 함께 갑상선종 치료에 아이오딘을 처음 사용했다. 1832년 파리대학교와 콜레주드프랑스의 교수가 되었다.

그는 유기화합물 내의 질소함량을 알아내기 위한 연소법을 고안했고(1830), 안트라센을 분리했으며(1831), 장뇌의 화학식을 발견했다(1832)(→ 뒤마법). 또 유기 화합물들이 갖고 있는 수소를 할로젠 원소들로 치환할 수 있다는 것을 보였으며(1834), 외젠 멜쇼르 펠리고와 함께 메틸알코올을 분리해(1834) 알코올 계열의 화합물들을 확립시켰다(1836).

유스투스 폰 리비히와 함께 원자단을 포함하고 있는 분자의 다른 부분을 변화시키는 유기화학반응에서 원자단들은 같이 움직이며, 변하지 않고, 그대로 존재하게 된다는 사실을 알아냈다. 또한 이왼스 베르셀리우스와는 다른 개념의 원자량을 제시해 베르셀리우스의 이론은 뒤마, 리비히, 오귀스트 로랑, 샤를 제라르 견해로 대체되었다. 그는 1849년 프랑스 하원을 거쳐 상원의원, 파리 시의회 의장 및 프랑스 조폐국장을 지냈다.