Sabatier bedrev forskning över bl.a. oxidkatalysatorer vid dehydrogenering, dehydratisering och oxidation samt upptäckte den viktiga processen att hydrogenera oljor till fasta fetter över finfördelade metallkatalysatorer, t.ex. av platina. För detta erhöll han 1912 halva Nobelpriset i kemi (den andra hälften gick till Victor Grignard).