Jego głównym wkładem w fizykę było przeprowadzanie eksperymentów, w których mosiężne kule były upuszczane z różnymi prędkościami na miękkie, gliniane podłoże. Zaprojektował i skonstruował przyrząd do badania takich zderzeń, który stał się „dyżurnym” przyrządem w każdym laboratorium fizycznym XVIII wiekuZobacz: , .. Rezultatem tych badań było stwierdzenie, że kula o dwukrotnie większej prędkości spowoduje powstanie wgłębienia cztery razy głębszego, trzykrotnie większej prędkości – dziewięciokrotnie większego itd. Podzielił się tymi wynikami z Émilie du Châtelet, która następnie poprawiła wzór Newtona opisujący energię kinetyczną z E=mv na E=mv² (widniejący dziś w tym wzorze czynnik ½ wynika z przyjętego układu jednostek – obierając inne można uczynić wzór bez ½ poprawnym).

Upamiętnienie Na cześć Gravesandego nazwano przyrząd do bezpośredniego wykazywania rozszerzalności termicznej ciał stałych – pierścień Gravesandego oraz planetoidę (9682) Gravesande.