Mariotte può essere considerato uno dei fondatori della fisica sperimentale in Francia. Fu fra i membri fondatori dell'Académie Royale des Sciences di Parigi. Si occupò essenzialmente di meccanica e delle proprietà elastiche dei gas. A lui si deve infatti la legge sulla compressibilità dei gas scoperta indipendentemente da Robert Boyle (1627-1691). Fece inoltre importanti esperienze sulla resistenza dell'aria, sulla barometria, sull' idrodinamica e sul congelamento dell'acqua. Inoltre, studiando l'occhio, scoprì nel 1668 l'esistenza del cosiddetto "punto cieco", cioè il punto non sensibile alla luce, nel quale il nervo ottico centrale si annette alla retina (una persona che fissa un oggetto con un solo occhio ha un cono di cecità, detto perciò "punto cieco").