Яблочков занимался в мастерской усовершенствованием аккумуляторов и динамо-машины, проводил опыты по освещению большой площади огромным прожектором. В мастерской Яблочкову удалось создать электромагнит оригинальной конструкции. Он применил обмотку из медной ленты, поставив её на ребро по отношению к сердечнику. Это было его первое изобретение, здесь же Павел Николаевич вёл работы по усовершенствованию дуговых ламп. К 1875 году относится одно из главных изобретений Яблочкина - электрическая свеча - первая модель дуговой лампы без регулятора, которая уже удовлетворяла разнообразным практическим требованиям. В 1875 году Яблочкин уехал в Париж, где сконструировал промышленный образец электрической лампы (французский патент № 112024, 1876), разработал и внедрил систему электрического освещения на однофазном переменном токе, разработал способ "дробления света посредством индукции катушек". Свеча Яблочкова оказалась проще, удобнее и дешевле в эксплуатации, чем угольная лампа А. Н. Лодыгина, не имела ни механизмов, ни пружин. Она представляла собой два стержня, разделённых изоляционной прокладкой из каолина. Каждый из стержней зажимался в отдельной клемме подсвечника. На верхних концах зажигался дуговой разряд, и пламя дуги ярко светило, постепенно сжигая угли и испаряя изоляционный материал.
Яблочков сконструировал первый генератор переменного тока, который, в отличие от постоянного тока, обеспечивал равномерное выгорание угольных стержней в отсутствие регулятора, первым применил переменных ток для промышленных целей, создал трансформатор переменного тока, электромагнит с плоской обмоткой и впервые использовал статистические конденсаторы в цепи переменного тока. Изобретатель разработал систему питания ряда электрических свечей от одного источника тока, основанную на применении конденсаторов.
В 1879 году Яблочкин организовал "Товарищество электрического освещения П. Н. Яблочков-изобретатель и К°" и электромеханический завод в Петербурге, изготовившие осветительные установки на ряде военных судов, Охтенском заводе и др. Со 2-й половины 1880-х годов Яблочкин занимался главным образом вопросами генерирования электрической энергии: сконструировал "магнитодинамоэлектрическую машину", которая уже имела основные черты современной индукторной машины, провел много оригинальных исследований в области практического решения задачи непосредственного превращения энергии топлива в электрическую энергию, предложил гальванический элемент со щелочным электролитом, создал регенеративный элемент (так называемый автоаккумулятор) и др. Со временем изобретение Яблочкова вытеснили более экономичные и удобные лампы накаливания с тонкой электрической нитью внутри, его «свеча» стала всего лишь музейным экспонатом. Однако это была первая лампочка, благодаря которой искусственный свет стал использоваться повсеместно: на улицах, площадях, в театрах, магазинах, в квартирах и на заводах.
Яблочкин был участником электротехнических выставок в России (1880 и 1882), Парижских электротехнических выставок (1881 и 1889), Первого международного конгресса электриков (1881), одним из инициаторов создания электротехнического отдела Русского технического общества и журнала "Электричество". Награжден медалью Русского технического общества. В 1947 г. была учреждена премия Яблочкина за лучшую работу по электротехнике, присуждаемая 1 раз в 3 года.