对于波动光学的理论建立做出了杰出的贡献，曾利用自己设计的双镜和双棱镜做光的干涉实验，继托马斯·杨之后再次证实了光的波动性，并提出了两束光发生干涉的条件，诸如：惠更斯-菲涅尔原理、菲涅尔衍射、对于反射现象和折射现象得出的菲涅耳方程以及较好的解释了物质的旋光性等。

此外，他还设计了一种特殊的透镜，称为“螺纹透镜”（菲涅耳透镜）；又算出光在运动媒质中传播时所谓的“曳引系数”，以后也为实验所证实。