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  貝特洛生於巴黎的一個醫生家庭。1838年,他進入亨利四世中學讀書,成績優秀。他結識了住在隔壁宿舍的年輕助教歐內斯特·勒南。勒南曾教給貝特洛希伯來語,貝特洛則給勒南講授科學,兩人從此成為了終身好友。1846年,貝特洛曾在哲學論文競賽中得過獎。1848年貝特洛進入巴黎科學學院攻讀醫學,但對各門學科都感興趣。到了8月份,他發現自己最感興趣的是化學。11月,他在亨利·維克托·勒尼奧的建議下,進入法蘭西公學院的實驗室工作。勤奮刻苦的他很快取得了理科碩士學位。1850年,貝特洛開始擔任佩洛茲的助手。1851年波拿巴政變後,佩魯茲離開了公學院,繼任的繼續僱傭貝特洛為自己的助手。

  貝特洛剛擔任巴拉爾的助手不久,就發表了自己在有機化學方面的第一篇文章,證實乙醇和醋酸蒸汽通過灼熱瓷片會產生苯和苯酚等多種芳香化合物。1852年,他發現松節油異構化可以得到<unk>烯類物質。不久後他在松節油內加入氧化劑,加熱到250°C時,發現生成了樟腦,並進一步由樟腦再製成冰片。1853-1854年他通過甘油和各種酸反應,改變酸的比例後合成了多種脂肪,然後將脂肪水解又得到了甘油,他進而認為甘油類似於無機化學中的磷酸,具有多元官能團。1854年,貝特洛因對於甘油和酸合成脂肪的研究獲得博士學位,之後到巴黎藥學學院繼續進行研究,他提取了多種糖,研究了發酵過程,指出糖具有多個羥基,並帶有醛的基團。  1855年,貝特洛研究了在硫酸的催化下,乙烯和水反應生成乙醇與一氧化碳與水生成甲酸的反應,提出新技術提高了反應速率。次年,他又通過一氧化碳與熱鹼的反應合成了乙酸。1856年,貝託羅將二硫化碳和硫化氫的氣體混和物通過熱銅器皿,製成了甲烷和乙烯。他使甲烷和氯氣反應制得了氯甲烷,水解後獲得甲醇。這是繼斯坦尼斯勞·坎尼扎羅合成芳香醇之後的一個重要發現。  1859年貝特洛成為巴黎藥學學院的有機化學教授。1859年6月到1860年8月,貝特洛完成了1500頁的鉅著《合成有機化學》,這本書總結了當時有機合成各方面的進展,從自己的合成研究出發,闡述了無機物和有機物中並不存在鴻溝,宣稱人類可以用科學的力量合成各種有機物,這和他的無神論思想是一脈相承的。貝特洛這本書當時在法國影響很大,很快被用於教科書和手冊,但也遭到了德國化學家凱庫勒、弗里德里希·維勒等人的批評,他們認為貝特洛不關心型別和結構理論的進展,書中純科學的內容太少,抒發哲學思考太多。  1860年代貝特洛重新研究了戴維發現的乙炔,他開始試驗電在合成反應中的作用。在電弧的幫助下,他由乙炔加氫製成乙烯,乙烯再加氫而得到乙烷。不久他又發現乙炔可以發生聚合生成苯。1863年巴拉爾開始建議法蘭西公學院設立有機化學主任位置,推薦貝特洛擔任,勒南積極參與了這一推薦,而路易·巴斯德和查爾斯·阿道夫·武茲均對此表示反對。1863-1864年,貝特洛在法蘭西公學院講授了三十二個課時的有機化學,次年開始擔任法蘭西公學院有機化學主任。1868年,他通過乙炔和氮反應制成了氫氰酸。貝特洛在有機化學方面的最後研究是關於用碘化氫還原有機物,之後希望研究有機合成中的能量變化的他開始轉向了物理化學的研究。

  1861-1863年間,貝特洛和皮安·聖-吉爾研究了酯化反應及皂化反應的反應進度問題。他們發現這兩種反應都不能進行完全,而是達到平衡。在溫度不變的情況下,以醋酸和酒精開始反應和以化學計量的水和乙酸乙酯開始反應,達到平衡時候的系統組分是一樣的。他們還發現,在任何一瞬間,酯形成的量與反應物質量之乘積成比例,與反應的溶液體積成反比。  為了精確測定反應的熱效應,貝特洛發明了沿用至今的彈式量熱計,從而測定了燃燒熱、中和熱、溶解熱以及異構化熱等,並證實了蓋斯定律。1864年,他將自己的研究成果總結成了湯姆森-貝特洛原理,該假說認為所有自發的化學反應都會趨向於向放出熱量最多的方向進行。1875年貝特洛對這一原理進行了修正,提出了反應體系趨於作出最大功的概念,後來被約西亞·威拉德·吉布斯的自由能概念所修正。  貝特洛還在1869-1872年間對溶質在兩種溶劑之間的分配進行了研究,提出了分配定律和分配係數的概念。但貝特洛對原子-分子論沒什麼興趣,直到後者已經成為共識,貝特洛仍拒絕接受,直到1870年代末期才改變觀點。

  1870年普法戰爭爆發後,貝特洛的實驗工作被迫中斷。他把妻子和孩子們送到鄉下後,自己又回到了巴黎。1870年9月底,貝特洛擔任了國防科學委員會主席。法國政府要求他在最短時期制定出生產火藥的有效方法,他在幾天之後就提交了一份報告,提出幾種收集草木灰的方法,用來製取生產硝酸鉀所需的碳酸鉀。  戰後他和合作繼續進行爆炸的研究,發現了爆炸波,被認為是爆炸機理研究的開拓者。他測定了爆炸波的速度,發現不少超過了聲波的速度,並證實了爆炸波的速度只和爆炸本質有關。他一直認為這一研究也可以應用於和平時期。

  1880年代起,從實驗室退休的貝特洛主要研究植物生理學和農業化學。他搬到了默東,在默東城堡附近的試驗田工作,努力實現他的“科學的農業正在全面取代傳統農業,對國家財富的貢獻遠超大家所望”的想法。他研究植物生長與電流和高度的關係,很快對土壤中的銨根和硝酸根的來源產生了興趣,證實了微生物的固氮作用。  貝特洛翻譯了大量的古希臘和阿拉伯的鍊金術著作,首次把亞里山大里亞時期最早的化學家著作編成大體完整的評註本,還寫過一些化學史著作。

  1861年5月貝特洛和索菲·尼奧舉行了婚禮。婚後夫妻一直互敬互愛,共有六個子女。長子安德烈·貝特洛曾協助他編寫《大百科全書》。小兒子菲利普·貝特洛(1866-1934)則成了法國著名的外交家。1886年12月法國公共教育和藝術部長Rene Goblet就任法國總理,貝特洛接任公共教育和藝術部長。1895年萊昂·布儒瓦就任法國總理後,貝特洛被任命為外交部長,但沒有外交經驗的他無法完全勝任這一職務。1907年,貝特洛的的妻子去世,稍後不久,貝特洛也突然離世。夫妻合葬入先賢祠。
皮埃爾·歐仁·馬賽蘭·貝特洛(,1827年-10月25日-1907年-3月18日),法國著名化學家,研究過脂肪和糖的性質,合成出多種有機物。他對化學反應熱效應的研究推動了物理化學的發展,還是爆炸機理和爆炸波研究的先驅者。他發現了微生物的固氮作用,並且書寫了大量的化學史專著。貝特洛還積極參與政治和社會活動,擔任過法國教育與藝術部長(1885-1886)和外交部長(1895-1896)。