Il fait ses études à l'université de Berlin et de Halle. De 1855 jusqu'à sa mort, il est successivement professeur à l'Institut polytechnique de Zurich et à l'université de Würzburg et de Bonn. Clausius est le premier à énoncer, en 1850, le deuxième principe de la thermodynamique, qui démontre que la chaleur n'est pas transmise d'un corps froid à un corps plus chaud. Il est l'un des premiers à appliquer les lois de la thermodynamique, en particulier le concept de l'entropie, à la machine à vapeur. Il joue également un rôle important dans le développement de la théorie cinétique des gaz. Sa théorie de l'électrolyse devance en partie la théorie des ions du chimiste suédois Svante Arrhenius.

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