En 1893 presenta al Ministerio de Fomento su primer trabajo científico: la Memoria sobre las máquinas algébricas. Esta memoria se publica en Bilbao en 1895 y se convierte en el punto de partida de diferentes trabajos presentados en Francia que culminarán con la publicación de la Memoria por la Academie des Sciences de París en 1900, y le nombran Académico de Número de la Real Academia de Ciencias de Madrid en 1901.

Torres Quevedo revoluciona el panorama aeronáutico en 1902 con la patente Perfectionnements aux aérostats dirigeables, en la que presenta un nuevo tipo de dirigible que recogería las ventajas de los sistemas precedentes, eliminando todos sus inconvenientes.

En 1905 fue construido, con la colaboración de Alfredo Kindelan, el primer dirigible bajo el nuevo sistema. Sin embargo, el desinterés de España por su invento, provocó que Torres Quevedo entrase en conversaciones con la casa francesa Astra, que en 1909 le compró la patente. Comenzó inmediatamente a construir el nuevo tipo de dirigible y lo vendió en todo el mundo. Los dirigibles Astra-Torres lucharon en la Primera Guerra Mundial contra los Zeppelin alemanes.