Aby wyjaśnić doświadczenie Michelsona-Morleya z 1887, w 1891 Lorentz zaproponował wzór na skrócenie ciała sztywnego w ruchu, niezależnie od Fitzgeralda. Rozwinął go potem w teorię znaną jako teoria eteru Lorentza, której elementem jest m.in. transformacja Lorentza. Stała się ona elementem późniejszej Szczególnej teorii względności Einsteina, dla której Lorentz porzucił swoją teorię eteru.
Oprócz fizyki teoretycznej zajmował się też praktyką: w roku 1919 został wybrany przewodniczącym zespołu uczonych i inżynierów pracujących przy przegrodzeniu tamą zatoki Zuiderzee.
Wyróżnienia 1902: Nagroda Nobla w dziedzinie fizyki, razem z Pieterem Zeemanem, swoim dawnym studentem; 1908: Medal Rumforda od Towarzystwa Królewskiego w Londynie (ang. Royal Society); 1908: Pour le Mérite za Naukę i Sztukę. 1918: Medal Copleya od tegoż towarzystwa.
Był też członkiem Royal Society i innych stowarzyszeń naukowych, m.in.