В 1770—1783 годах — практикующий врач и аптекарь. С 1772 года практиковал в Париже, где приобрёл некоторую известность и стал лейб-медиком при дворе герцога Орлеанского. Одновременно занимался изучением естественных наук и исследованиями в области химии, организацией химических и металлургических производств.
С 1780 года — член Парижской Академии наук. В 1784 году Бертолле получил должность правительственного инспектора государственных красильных фабрик, а в 1792 году был назначен главным смотрителем монетного дела. В 1794 году Бертолле стал профессором Высшей нормальной школы и Политехнической школы в Париже.
В 1807 году Бертолле оставил официальную службу и поселился в парижском предместье Аркёй, где основал своеобразное научное общество, просуществовавшее 10 лет (1807—1817). В состав общества входило небольшое число выдающихся учёных Франции (П.-С. Лаплас, А. Гумбольдт, Ж. Л. Гей-Люссак и др.); общество регулярно собиралось под председательством Бертолле или Лапласа и обсуждало различные научные проблемы. «Мемуары Аркёйского общества» получили широкую известность в учёном мире.
26 марта 1820 года, в доме Клода Луи Бертолле в коммуне Аркёй, умер гостивший у него друг и коллега Сэр Чарльз Брайан Блэгден[3].
В отличие от многих своих коллег — современников и деятелей эпохи Французской революции, Бертолле избежал опалы после падения Наполеона и реставрации Бурбонов; он даже получил от Людовика XVIII титул пэра Франции. В последние годы жизни Бертолле полностью отошёл от научной работы из-за тяжёлой болезни.
На основании наблюдений за процессами выпадения осадков из растворов Бертолле пришёл к выводу о зависимости направления реакций и состава образующихся соединений от массы реагентов и условий протекания реакций. Эти взгляды он высказал в своем «Опыте химической статики» (1803), в котором утверждал, что элементы могут соединяться друг с другом в любых пропорциях в зависимости от массы реагирующих веществ. По вопросу о непостоянстве состава соединений и изменчивости сил химического сродства Бертолле вёл длительную полемику с Ж. Л. Прустом.
В начале XIX века эта дискуссия завершилась в пользу Пруста, и закон постоянства состава получил признание большинства химиков. Однако в начале XX векаН. С. Курнаков открыл существование предвиденных Бертолле химических индивидуальных веществ переменного состава, которые в память Бертолле назвал бертоллидами. Это открытие разрешило противоречие между казавшимися несовместимыми взглядами Бертолле и Пруста на состав тел.
.svg){kind=link}