Виконав фундаментальні дослідження в галузі розрахування та міцності зварних конструкцій, механізації зварювальних процесів, наукових основ електричного зварювання плавленням. Під його керівництвом винайдено спосіб автоматичного швидкісного зварювання, який відіграв визначну роль у технічному розвитку. У роки Другої Світової війни зробив визначний внесок у обороноздатність СРСР: розробив і впровадив технологію та обладнання для зварювання спеціальних сталей, зокрема, для танкових башт. 1953 року на честь Є. О. Патона названо міст через Дніпро в Києві, який споруджувався під його керівництвом.