Năm 1751 ông vô trường École de France phụ giúp soạn những thí nghiệm khoa học của  Antoine Jérôme Balard. Như nhiều nhà hóa học thời đó, Berthelot bắt đầu  nghiên cứu về  những  phức chất hữu cơ. Năm 1854 ông  đậu Tiến sĩ nhờ luận án viết về Cơ cấu và tổng hợp chất béo đã được khen ngợi vô cùng

Năm 1859 ông làm giáo sư Ðại học Dược khoa   và 1865 làm giáo sư hóa học tại trường  Collège de France.

Năm  1863: thành viên của Hàn lâm viện Y khoa

Năm 1873: thành viên của Hàn lâm viện Khoa học

Năm 1876: tổng thanh tra ngành giáo dục đại học

Năm 1881: thượng nghị sĩ vĩnh viễn

Năm 1866-1867 giữ chức Bộ trưởng Giáo dục và  1895-1896 Bộ trưởng Ngoại giao

Năm 1889: thư ký vĩnh viễn của Hàn lâm viện Khoa học

Ông là người được những phần thưởng cao quý nhất, được huân chương Bắc

Được đắc cử vô Hàn lâm viện Pháp, thay thế Joseph Bertrand, và được Jules Lemaître tiếp đón ngày 2 tháng  05 năm 1901.

Ông nghiên cứu nhiều bộ môn khác nhau: tổng hợp hữu cơ, tĩnh và động hóa học, nhiệt hóa học, chất nổ, các vi khuẩn nitrat hóa đất và nguồn gốc thuật giả kim

 Marcelin Berthelot mất ngày 18 tháng Ba 1907 vài giờ sau khi vợ ông mất. Ông được 80 tuổi. Cả hai người được đưa vô điện Panthéon

Công trình và tác phẩm của Marcellin BERTHELOT

1854 Phối hợp giữa glycérine với các acid và sản xuất chất béo thiên nhiên

1855 Tổng hợp rượu Ethanol

1856 Tổng hợp acid formique

1858 Nghiên cứu mới trên những thể tương tự như đường mía

1859 Tổng hợp acetylen

1860 Chuyên luận về Hóa học hữu cơ, 2 quyển

1862 Những bài học về nguyên tắc về đường (được dạy trước các hãng hóa chất của Paris)

1863 Bài học về  sự đồng phân

1863 Tổng hợp benzen

1864-1910 Bài học phương pháp tổng quát về sự tổng hợp hóa hữu cơ (được dạy tại trường lớn Collège de France)

1872 Chuyên luận cơ bản về Hóa hữu cơ, 2 quyển

1873 Kiểm chứng tỷ trọng kế Baumé

1875 Tổng hợp hóa học 

1879 Thử nghiệm về động hóa học dựa trên nhiệt hóa học, 2 quyển

1883 Thử nghiệm về sức mạnh của chất bột và chất nổ theo nhiệt hóa học, 2 quyển

1885 Những nguồn gốc của thuật giả kim

1886 Khoa học và triết học

1887 Sưu tập các nhà thuật giả kim Hy Lạp, 3 quyển

1889 Nhập đề về nghiên cứu hóa học của những người Xưa và thời Trung cổ

1890 Cách mạng hóa học: Lavoisier

1893 Lịch sử Khoa học. Hóa học thời Trung cổ, 3 quyển

1893 Chuyên luận thực hành về phép đo nhiệt lượng hóa học

1897 Khoa học và đạo đức

1897 Nhiệt hóa học. Dữ kiện và luật số học, 2 quyển

1899 Hóa học thực vật và nông nghiệp. trạm thực nghiệm và hóa học thực vật ở Meudon, 4 quyển

1901 Nghiên cứu thực nghiệm, 3 quyển

1901 Các chất hydrur carbon

1901 Khoa học và giáo dục

1905 Khoa học và tư tưởng tự do

1906 Tiểu luận về thực tập phân tích khí

1906 Khảo cổ học và lịch sử khoa học