Er gehörte zu jenen großen Persönlichkeiten im 19. Jahrhundert viel zur Grundlagenforschung im Bereich der Chemie und Physik haben und die heute außerhalb von Fachkreisen vergessen sind.
Von 1868 bis 1891 war er für physikalische Chemie in Wien. Er forschte den Gebieten der Thermodynamik Elektrodynamik und Optik und über Kristallformen. 1856 bestimmte er zum ersten Mal die der Luftmoleküle 1861 die Konstitution des Benzols . 1865 war er in der Lage erstmals gaskinetischer Grundlage die Loschmidt-Zahl zu berechnen die meist als Avogadrozahl bezeichnet wird. Er ermittelte die Zusammensetzung Ozon . Loschmidt vermutete auch erstmals dass es Kohlenstoffverbindungen ringförmige Anordnungen gebe und entwickelte die von Doppel- und Dreifachbindungen durch entsprechende Verbindungsstriche.
Wegen seiner Leistungen wurde ihm die der Wiener Akademie der Wissenschaften verliehen.