Entró en la Escuela Normal Superior en 1889, y ganó el premio de ciencias físicas al graduarse en 1893.
En su tesis estudió las interacciones de la luz polarizada con sustancias ópticamente activas que contenían moléculas quirales.
[2][3] Estos dos fenómenos fueron más tarde utilizados para determinar la estereoquímica de moléculas quirales en química orgánica y bioquímica.
Durante este periodo su investigación se centró en las interacciones entre la luz y el magnetismo.
Durante la Primera Guerra Mundial, desarrolló junto con Pierre Weiss el sistema Cotton-Weiss, basado en un método acústico, para localizar artillería enemiga.
Dirigió la tesis doctoral de Georges Bruhat sobre dicroísmo circular y dispersión rotatoria óptica (1914).
El trabajo en el imán empezó finalmente en 1924 en el Service des Recherches et Inventions de Bellevue, más tarde Laboratoire du Magnétisme de Meudon-Bellevue y finalmente Laboratoire Aimé Cotton en su honor.