Opisał trzy grupy zanieczyszczeń powietrza – charakterystyczne dla: pól i innych terenów otwartych – węglany i amoniak, przedmieść – siarczan amonu, miast – wodorosiarczany i kwas siarkowy. Największe zakwaszenie deszczu stwierdził w Glasgow (Szkocja), gdzie zarejestrował rekordową wartość 109,16 grana na galon (ok. 1,5 g/l, wartość średnia z wyników analiz kilku próbek).
Zaobserwował korelację między stopniem zanieczyszczenia powietrza nad Londynem i zakwaszeniem wody deszczowej w jego okolicy. W roku 1852 użył po raz pierwszy określenia „acid rain” (kwaśny deszcz), a w roku 1872 opublikował książkę Air and rain. The beginnings of a chemical climatology, przełomową w dziedzinie chemii opadów atmosferycznych.
Po wprowadzeniu ustawy „Alkali Act 1863” został powołany na stanowisko pierwszego Chief Inspector of the Alkali Inspectorate, które zajmował do śmierci. Zmarł 12 maja 1884 roku. Został pochowany na cmentarzu kościoła św. Pawła na Kersal Moor (City of Salford).
Po jego śmierci zbiór 4 tys. książek został przekazany do biblioteki Owens College w Manchesterze (obecnie znajduje się w John Rylands University Library).