où F est l'intensité de la force, q1​ et q2​ sont les valeurs des charges, r est la distance qui les sépare et ke​ est la constante de Coulomb effective, dont la valeur dans le vide est 8,99.10⁹ N.m²/C². La constante k  (constante de Coulomb dans le vide) peut également s'exprimer en fonction de la permittivité du vide ε0​  selon la relation k=1/(4πε0​)​ , ce qui met en évidence le lien avec les équations de l'électromagnétisme. 

La direction de la force est celle de la droite joignant les deux charges, et son sens dépend de la nature des charges : si elles sont de signes opposés, la force est attractive; si elles sont de même signe, la force est répulsive. Il s'agit donc d'une force centrale, qui agit le long de l'axe reliant les charges.

Cette loi est valable dans le vide ainsi que dans les milieux homogènes et isotropes, mais elle doit être adaptée lorsque les charges se trouvent dans un matériau diélectrique. En présence d'un matériau diélectrique, la force est atténuée par un facteur appelé permittivité relative du milieu, ce qui modifie la constante effective dans l'expression de la force. 

Bien que les forces électrostatiques soient beaucoup plus intenses que les forces gravitationnelles pour des objets de taille atomique ou subatomique, la loi de Coulomb est analogue à la loi de l'attraction universelle de Newton par sa dépendance en 1/r², mais elle diffère par le fait que les charges peuvent produire des forces attractives ou répulsives selon les signes des charges en présence, alors que la gravitation est toujours attractive. . 

Elle s'applique rigoureusement aux charges ponctuelles, c'est-à-dire aux objets dont les dimensions sont négligeables devant la distance qui les sépare. Pour des distributions étendues de charges, il est nécessaire d'intégrer la contribution de chaque élément de charge en appliquant le principe de superposition afin de calculer la force résultante : la force totale exercée sur une charge donnée est ainsi la somme vectorielle des forces exercées par chacune des autres charges individuellement. Ce principe est essentiel pour analyser des configurations complexes, comme celles rencontrées en électrostatique ou en chimie moléculaire. 

Loi de Coulomb, on l'a dit, est valable seulement pour des charges au repos. Lorsque les charges sont en mouvement, il faut recourir à la théorie complète de l'électromagnétisme, décrite par les équations de Maxwell, qui intègre les effets du champ magnétique et la propagation des ondes électromagnétiques. 

L'établissement de la loi de Coulomb.
L'établissement de la loi de Coulomb trouve ses racines dans les travaux des physiciens et mathématiciens européens du XVIII^e siècle. Au début de ce siècle, la science de l'électricité était encore en son enfance. Les premières observations concernant la nature de l'électricité ont été faites par des savants comme William Gilbert, qui a étudié les propriétés de l'électricité statique au tournant du XVII^e siècle. Il a notamment décrit la manière dont certains matériaux pouvaient attirer des objets légers ou repousser d'autres corps après avoir été frottés, ce qu'il appelait l'électricité.

Cependant, c'est à partir de 1733 que Charles François de Cisternay Du Fay découvre que l'électricité peut exister sous deux formes distinctes : celle des corps positivement chargés et celle des corps négativement chargés. Il observe que deux charges de même signe se repoussent, tandis que deux charges de signes opposés s'attirent. Cette découverte marque un tournant majeur dans la compréhension de l'électricité, car elle introduit l'idée que l'électricité n'est pas une seule entité, mais plutôt deux forces opposées.

Dans les années suivantes, Benjamin Franklin enrichit cette théorie en proposant l'hypothèse de la charge électrique unique. Selon lui, toute matière contient une quantité fixe de « fluide électrique », et l'accumulation ou l'évacuation de ce fluide donne lieu à des charges positives ou négatives. Cette idée simplifie considérablement la compréhension de l'électricité statique, bien qu'elle soit aujourd'hui considérée comme une simplification. 

Peu après, Charles-Augustin de Coulomb commença à s'intéresser aux phénomènes électriques. Il chercha, sur la base des idées de Franklin, à tester et à quantifier les interactions électrostatiques. Pour cela, il conçut une machine appelée la balance de torsion, un dispositif sophistiqué permettant de mesurer les forces électrostatiques avec une grande précision. La balance de torsion consistait en un fil métallique très fin attaché à un pivot, sur lequel était suspendu un bâton de bois supportant deux petites sphères métalliques. Ces sphères pouvaient être chargées électriquement, et leur interaction pouvait être observée à travers les oscillations induites par les forces électrostatiques. Le mouvement de rotation du bâton était mesuré grâce à un système de miroirs et de rayons lumineux, permettant de convertir les rotations en distances mesurables.

Coulomb mit au point cette balance de torsion dans les années 1780 et entrepris à effectuer des expériences systématiques pour déterminer comment les forces électrostatiques variaient avec les charges et la distance. Il changea les charges sur les sphères, mesura les angles de torsion du fil et calcula les forces correspondantes. Il fit également varier la distance entre les sphères et observa comment la force diminuait lorsque la distance augmentait. Ses résultats furent cohérents avec la loi de l'inverse du carré, une loi déjà bien établie dans l'attraction newtonienne : la force entre deux charges était proportionnelle au produit des charges et inversément proportionnelle au carré de la distance entre elles. Cette relation devint ce que nous connaissons aujourd'hui sous le nom de loi de Coulomb.

Coulomb publia ses résultats dans un mémoire intitulé Traité de mécanique en 1784, puis dans un autre document en 1785. Dans ces documents, il exposa clairement sa méthode expérimentale et ses conclusions.