Студије (последокторске) наставио је код славних физикохемичара тога доба, [[Вилхелм Освалд|Вилхелма Освалда]] у [[Лајпциг]]у и [[Валтер Нернст|Валтера Нернста]] у [[Гетинген]]у.
Године [[1908]]. објавио је први рад из серије о [[теорија релативности|релативности]], где је извео везу између [[маса|масе]] и [[енергија|енергије]] друкчије од [[Алберт Ајнштајн|Ајнштајна]]. Такође је увео термодинамички концепт [[фугасност]]и у раду, "The osmotic pressure of concentrated solutions, and the laws of the perfect solution," ''J. Am. Chem. Soc.'' '''30''', 668-683 (1908).
Године [[1916]]. формулисао је идеју да [[ковалентна веза|ковалентну везу]] образују заједнички [[електрон]]ски парови. Његове идеје о [[хемијска веза|хемијској вези]] проширио је [[Ирвинг Лангмјур]] што је инспирисало [[Лајнус Полинг|Полинга]] да започне испитивање природе хемијске везе. Те године је објавио оно што данас називамо [[Луисове структуре|Луисовим структурама]] и модел [[Кубични атом|кубичног атома]].
Године [[1919]], испитивањем [[магнетизам|магнетних]] особина раствора [[кисеоник]]а у [[течност|течном]] [[азот]]у, нашао је да долази до образовања молекула O<sub>4</sub> што је био први доказ о постојању четвороатомског кисеоника.
Године [[1923]]. формулисао је електронску теорију [[киселина|кисело]]-[[База (хемија)|базних]] реакција што данас знамо као Луисову теорију: [[Луисова база]] је акцептор (прималац) електрона а [[Луисова база]]" донор (давалац) електрона.
Из радова [[Вилард Гибс|Виларда Гибса]], било је познато да се хемијске реакције одвијају до достизања [[Хемијска равнотежа|равнотеже]] одређене [[слободна енергија|слободном енергијом]] реактаната. Луис је провео 25 година одређујући слободне енергије различитих супстанци. Године [[1923]]. објављивањем тих резултата са [[Мерл Рандал|Рандалом]] Луис је [[хемијска термодинамика|хемијску термодинамику]] увео као модерну научну дисциплину.
Године [[1926]], смислио је термин „[[фотон]]" за најмању јединицу енергије зрачења.
Луис је први направио деутеријум оксид ([[тешка вода|тешку воду]]) [[1933]]. године.
