Για νομικός ξεκίνησε στο πανεπιστήμιο της Τουλούζ αλλά από ...ψυχαγωγική διάθεση βρέθηκε να συνεργάζεται με τον Μπλεζ Πασκάλ στην πιθανοθεωρία και τον Ρενέ Ντεκάρτ στην αναλυτική γεωμετρία.Εργάστηκε επίσης σε θέματα στατικής και οπτικής και μια αρχή της γεωμετρικής οπτικής φέρει το όνομά του.
Ο Φερμά συνήθιζε να ανακοινώνει τα ευρήματά του σε επιστολές προς τους συμπατριώτες του Γάλλους μαθηματικούς (ο ίδιος είχε βασκική καταγωγή), γι αυτό και το έργο του, που αργότερα συνέλεξε ο γιος του Σαμουέλ, έχει χαρακτήρα αποσπασμάτων από επιστημονική αλληλογραφία. Το πιο εντυπωσιακό θεώρημα του Φερμά - «η εικασία του Φερμά» - στην αριθμοθεωρία είναι αυτό το οποίο αποφαίνεται ότι το άθροισμα των νιοστών δυνάμεων των x και y είναι αδύνατο να είναι ίσο με τη νιοστή δύναμη του z - όπου x, y, z ακέραιοι διάφοροι του μηδενός - πάντα όταν ο ν είναι ακέραιος μεγαλύτερος από το 2.
Ως προπομπός της αναλυτικής γεωμετρίας, αφού ήταν ο πρώτος που την εφάρμοσε στο χώρο των τριών διαστάσεων, ο Φερμά συνέβαλε τα μέγιστα στη μεθοδολογία του Ντεκάρτ, ώστε να συνταχθεί η περίφημη «καρτεσιανή γεωμετρία».
Αξιοσημείωτη ήταν και η ανάπλαση διαφόρων χαμένων έργων Ελλήνων μαθηματικών που επιχείρησε ο Φερμά ως βαθύς γνώστης της ελληνικής γραμματείας που ήταν.
Ο Φερμά συνήθιζε να ανακοινώνει τα ευρήματά του σε επιστολές προς τους συμπατριώτες του Γάλλους μαθηματικούς (ο ίδιος είχε βασκική καταγωγή), γι αυτό και το έργο του, που αργότερα συνέλεξε ο γιος του Σαμουέλ, έχει χαρακτήρα αποσπασμάτων από επιστημονική αλληλογραφία. Το πιο εντυπωσιακό θεώρημα του Φερμά - «η εικασία του Φερμά» - στην αριθμοθεωρία είναι αυτό το οποίο αποφαίνεται ότι το άθροισμα των νιοστών δυνάμεων των x και y είναι αδύνατο να είναι ίσο με τη νιοστή δύναμη του z - όπου x, y, z ακέραιοι διάφοροι του μηδενός - πάντα όταν ο ν είναι ακέραιος μεγαλύτερος από το 2.
Ως προπομπός της αναλυτικής γεωμετρίας, αφού ήταν ο πρώτος που την εφάρμοσε στο χώρο των τριών διαστάσεων, ο Φερμά συνέβαλε τα μέγιστα στη μεθοδολογία του Ντεκάρτ, ώστε να συνταχθεί η περίφημη «καρτεσιανή γεωμετρία».
Αξιοσημείωτη ήταν και η ανάπλαση διαφόρων χαμένων έργων Ελλήνων μαθηματικών που επιχείρησε ο Φερμά ως βαθύς γνώστης της ελληνικής γραμματείας που ήταν.