Son fils aîné, Louis (1677-1743) fut médecin, chimiste et membre de l'Académie des sciences (élu le 26 juillet 1702 comme chimiste puis nommé pensionnaire le 18 mars 1715 en remplacement de son père). Son fils cadet Jean, nommé Jacques par les biographes, (1678-1721), également chimiste, fut élu à l'Académie des sciences le 22 août 1712 et nommé associé le 5 juin 1715.
L'œuvre de Nicolas Lémery a été après sa mort érigée en pilier du vitalisme simpliste et triomphant des Lumières. Selon le dogme vitaliste, barrière stérilisante à terme pour la recherche et la compréhension unitaire du monde, les produits chimiques différaient suivant leur origine. Des générations de timides chimistes de laboratoire ont combattu en vain ce dogme, Marcellin Berthelot a pu casser définitivement la barrière fallacieuse, en réalisant des synthèses simples d'alcool, d'alcanes ou de benzène pour montrer ensuite la concordance des propriétés ainsi que l'identité des corps chimiques obtenus selon les matières premières, minérales ou supposées in vivo d'origine végétale ou animale.
Lémery enseigne pendant au moins vingt-cinq années la chimie à Paris. Son Cours de chymie publié en 1675 est de nombreuses fois réédité, pas moins de treize éditions sont connues. Référence séculaire, l'ouvrage est traduit dans toutes les langues véhiculaires européennes. La meilleure édition est réalisée par Baron in quarto en 1756.
L'apothicaire actif dans ses habitations parisiennes successives rue Galande, rue Saint-Jacques et rue Saint-André-des-Arcs, qui sont à la fois lieu de vie familial, boutique et laboratoire, semble ne pas se préoccuper beaucoup de spéculations théoriques. L'expérimentateur et observateur attentif ne laisse que peu de découvertes à son actif, mais il fait surtout connaître celles des années qui ont précédée sa naissance. Confiant dans la philosophie et la modélisation cartésienne, il épure la pharmacopée, clarifie la chimie qu'il tient pour une science démonstrative et se borne d'abord à exposer sans détours faits et expériences. En conséquence, sa salle de cours est remplie de personnes de toutes sortes, avides d’entendre un homme qui évite les obscurités stériles des alchimistes et ne considére nullement la recherche de la pierre philosophale ou de l’élixir de longue vie comme fin unique de la science. Les quelques interprétations mécaniques qu'il s'autorise à formuler sont pourtant la risée du monde universitaire, attaché à la médecine de Galien et la digne taxonomie aristotélicienne. Son succès suscite courroux et jalousie, car les doctes maîtres universitaires perçoivent souvent encore la chimie comme un pseudo-savoir de charlatans.
Si son cours de chimie a fait autorité pendant un siècle, ses autres publications n'en ont pas moins connu au siècle des Lumières un réel succès populaire. On compte la Pharmacopée universelle (1697), le Traité universel des drogues simples qui deviendra un Dictionnaire universel des drogues... (1698), et l'ultime opus Traité de l’antimoine (1707]) dont des procédés d'analyse et autres mesures d'empoisonnement étaient encore usités dans les laboratoires en 1860. Un certain nombre d’articles publiés par l’Académie des sciences sont remarquables, l’un propose une explication chimique et physique des feux souterrains, des tremblements de terre, de la foudre et du tonnerre.
Nicolas Lémery découvre qu'un mélange intime de soufre en poudre et de fer en limaille auquel on ajoute un peu d'eau pour en former une pâte, s'enflamme spontanément en reproduisant, selon lui, le phénomène volcanique. Il faudra attendre les géologues anglais chevronnés pour réduire à néant cette croyance de l'origine des volcans.
Parmi ses recherches fructueuses en chimie et en médecine, on lui doit notamment la découverte du fer dans le sang.