Peter Waage var professor i kjemi ved universitetet i Kristiania i nesten 35 år. Her gjorde han sammen med sin gode venn og svoger Cato Guldberg den banebrytende oppdagelse om stoffers reaksjonshastighet som i dag er kjent som Guldberg og Waages massevirkningslov, og som danner grunnlaget for den generelle og moderne fysikalske kjemi.
Waage vokste opp på slektsgården Våge på øya Hidra. Han lærte å lese allerede som fireåring og fikk sin første undervisning av moren og bestemoren, senere av en nabo som virket som privatlærer på øya. Som 11-åring begynte Peter Waage på borger- og realskolen i Flekkefjord. Foreldre og lærere innså raskt at hans evner var så store at han burde utdannes til “borgerlige sysler”, og 1849 ble han derfor sendt til Bergen katedralskole som elev i 4. klasse. Etter examen artium 1854 begynte han å studere medisin ved universitetet i Christiania, men etter å ha tatt 1. avdeling 1857 skiftet han over til å studere kjemi og mineralogi. Helt fra barnsben av hadde han vært fascinert av de forskjellige mineralene som han fant på Hidra, og hans første publikasjon dreide seg om mineraler fra denne øya. Den ble trykt 1859 og hadde tittelen Omrids av Krystallografien.
1858, mens Waage ennå var student, fikk han Kronprinsens gullmedalje for et arbeid om Udvikling av de surstofholdige Syreradikalers Theori. Han ble cand.real. 1859, og da han samme år ble ansatt som adjunktstipendiat i kjemi ved universitetet, reiste han til Frankrike og Tyskland, hvor han studerte i to år. Mesteparten av denne tiden tilbrakte han hos professor Robert Bunsen i Heidelberg. Da Waage kom tilbake til Christiania 1861, ble han først konstituert og året etter utnevnt til universitetslektor og leder for det kjemiske laboratoriet. 1866 ble han utnevnt til professor i kjemi, et embete han innehadde til sin død.
Allerede i studietiden (1858) stiftet Waage sammen med matematikeren og fysikeren Cato Guldberg (som han senere ble dobbelt svoger med, idet Guldbergs kone var søster av Waages første kone, og Waage etter dennes død giftet seg med Guldbergs søster) og fire andre studenter Den Fysisk-Kemiske Forening. I løpet av det neste halvannet år holdt de 41 møter med foredrag, og en lang rekke av disse ble holdt av Waage. Men da synes det som om de aktuelle temaene var brukt opp, og foreningen opphørte.
Tidlig i 1860-årene begynte Waage å utføre en lang rekke eksperimenter hvor han studerte hvordan kjemiske stoffer reagerer med hverandre og dannet nye stoffer. Matematikeren Guldberg og Waage satte så opp en beskrivelse av disse forsøkene hvor de konkluderte med at reaksjonene går begge veier A + B =G + H med en bestemt hastighet. Dette ble beskrevet i tre foredrag i Videnskabs-Selskabet i Christiania 1864 og trykket året etter. Dette har senere gått under betegnelsen “Guldberg og Waages massevirkningslov”. Etter ytterligere arbeider kom de frem til at reaksjonen var avhengig av konsentrasjonen av stoffene aA + bB... = gG + hH..., der a,b... er koeffisienten i den balanserte ligning. Når reaksjonen var kommet i likevekt var likevektskonstanten K = , hvor [A], [B] ... representerer nolare konsentrasjoner. Dette ble publisert i 1867 og 1879. Det har senere vist seg at likevekten er temperaturavhengig.
Selv om avhandlingene delvis ble publisert på fransk og i utenlandske fagtidsskrifter, tok det tid før omverdenen ble oppmerksom på de resultater Waage og Guldberg hadde kommet frem til. Det var først da den tyske kjemiker Wilhelm Ostwald refererte til massevirkningsloven i en avhandling 1877 og den nederlandske kjemiker J. H. van't Hoff samme år på egen hånd kom frem til de samme funn, at de to nordmennenes oppdagelse ble internasjonalt kjent. Før Waage og Guldberg avsluttet samarbeidet om dette emnet, gav de en revidert fremstilling av sine konklusjoner i avhandlingen som ble publisert på norsk og tysk 1879. Med dette var deres internasjonale ry definitivt etablert. – Massevirkningsloven har i ettertid fått en moderne utforming i den såkalte termodynamiske massevirkningslov, som tar utgangspunkt i aktiviteter istedenfor Waage og Guldbergs konsentrasjoner.
Waage var interessert i mange områder av kjemien. Studentene kalte ham ofte “lille Peter surstoff” og moret seg over en formulering han en gang benyttet under en kjemisk demonstrasjon: “Som mine herrer kan se, er surstoff en usynlig gass uten lukt og smak.” Han var også opptatt av kjemiens praktiske anvendelser og fant bl.a. frem til en metode til å hermetisere melk og en metode til å lage høykonsentrert fiskemel (som bl.a. ble brukt under Fridtjof Nansens første Fram-ferd 1893–96). Han gikk inn for at øl skulle beskattes etter alkoholprosent og ikke etter maltinnholdet, en ordning som ble innført noen år etter hans død. Han var også konsulent for Nitedals Krudtværk og bistod i arbeidet med å forbedre kvaliteten av og produksjonsmetoden for krutt.
Waage hadde mange offentlige verv. Fra 1868 var han medlem av et utvalg som skulle gi innstilling om patentsøknader, og fra 1885 til sin død var han medlem av patentkommisjonen. 1884 ble han medlem av kommisjonen til revisjon av loven om tilvirkning og beskatning av brennevin, og han var med i kommisjonen som førte kontroll med prototypene for mål og vekt. Han satt også i mange år i styret for Christiania Tekniske Skole. Waage var formann i Den Polytekniske Forening 1868–69, aktiv bidragsyter til Polyteknisk Tidsskrift (nå Teknisk Ukeblad) og medredaktør 1859–60 og 1872–80. 1893 var han med på å stifte Den Polytekniske Forenings Faggruppe for Kjemikere, forløperen til Norsk Kjemisk Selskap, og han var faggruppens formann de første fem årene. Han var medlem av Videnskabs-Selskabet i Christiania fra 1863 og av The Chemical Society of London og The Mineralogical Society of Great Britain. Han ble utnevnt til ridder av St. Olavs Orden 1882 og til kommandør 1894.
Ved siden av sin faglige gjerning var Waage sterkt engasjert i kristelig og sosialt arbeid, særlig blant ungdom. 1867 var han en av initiativtakerne til stiftelsen av Christiania Ynglingsforening, og han var foreningens formann fra 1878 til sin død. Han var også i 20 år formann i Norges Kristelige Ungdomsforbund. Han oversatte en del salmer og kristelige sanger til norsk, f.eks. Så ta da mine hender, en gjendiktning fra tysk. Hans interesse for det kristne ungdomsarbeidet fulgte ham helt til det siste. Ved innvielsen av Ynglingeherberget i Kristiania 1899 var han så syk at han måtte bæres inn, og han døde året etter. Under Ynglingeforeningenes verdenskongress i Kristiania 1902 ble det på Waages grav reist en bauta med en portrettmedaljong laget av Anders Svor.