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Davy diventò molto conosciuto grazie ai suoi esperimenti sull'azione fisiologica di alcuni gas, tra cui il gas esilarante (ossido di diazoto) – sostanza alla quale era assuefatto, e per la quale dichiarò che le sue proprietà possedevano tutti i benefici dell'alcool pur evitandone i difetti. Davy in seguito ebbe la vista danneggiata da un incidente di laboratorio col tricloruro di azoto. Nel 1801 fu nominato professore alla Royal Institution di Gran Bretagna e Compagno della Royal Society, della quale ebbe poi anche la presidenza.
Nel 1800, Alessandro Volta presentò la propria pila elettrica, precursore delle moderne batterie. Davy usò la propria batteria per separare sali attraverso quella che oggi viene chiamata elettrolisi. Con un certo numero di batterie in serie Davy fu in grado di separare gli elementi di potassio e sodio nel 1807 e calcio, stronzio, bario e magnesio nel 1808. Studiò anche le energie coinvolte nella separazione di questi sali, diventando uno dei padri dell'elettrochimica moderna.