Représentant du courant néoclassique, et plus particulièrement avec le français Léon Walras de l’Ecole de Lausanne, Vilfredo Pareto a laissé à la littérature économique plusieurs ouvrages majeurs comme son Cours d’économie politique (1896) et son Manuel d’économie politique (1909).
Un de ses plus importants apports a été de modifier les principes de la valeur utilité chez les néoclassiques. Auparavant, un des postulats néoclassiques était l'existence d'une fonction d'utilité cardinale : l’individu rationnel est capable de déterminer le niveau absolu d’utilité d’un produit. Pareto lui substitue le principe plus réaliste d'utilité ordinale : l’individu rationnel est en fait capable de hiérarchiser ses préférences, de dire s’il préfère le produit A au produit B ou inversement.
Ce raisonnement le pousse à l’utilisation des courbes d’indifférence imaginées par Francis Edgeworth. Le principe de la courbe d'indifférence représente l’ensemble des combinaisons de deux produits, permettant d’obtenir une utilité donnée.
La généralisation de ses raisonnements à l’échelle de la société permet de déterminer la situation où l’utilisation des ressources est optimale. L’optimum de Pareto est la situation dans laquelle l’utilité (le bien-être) d’aucun individu ne peut être augmentée sans que ne soit réduite l’utilité d’un autre individu. Dans une boîte d'Edgeworth, l'ensemble des points de tangence des courbes d'indifférence de deux individus représente un optimum de Pareto.
La référence à l'optimum de Pareto a permis aux économistes néoclassiques de démontrer mathématiquement la supériorité théorique de la concurrence pure et parfaite sur d'autres modèles économiques alternatifs (le monopole, l'oligopole, etc.), à partir de leurs postulats. S'il y a des effets externes (externalité), la concurrence n'est plus un optimum de Pareto.
Il demeure célèbre pour son observation des 20% de la population qui possèdent 80% des richesses en Italie, généralisée plus tard (par Joseph Juran et d'autres) en distribution de Pareto. Cette observation a été étendue à d'autres domaines sous le terme de « loi de Pareto ». Par extension, on appelle diagramme de Pareto un type d'histogramme où les classes sont représentées par ordre décroissant de fréquence, ce qui permet de mettre en évidence les classes les plus importantes ; ce diagramme est utilisé en gestion de la qualité, où les classes représentent les défauts.
Il définit la notion d'optimum paretien comme une situation d'ensemble dans laquelle un individu ne peut améliorer sa situation sans détériorer celle d'un autre individu. Dans la théorie des jeux de John Nash, la situation est un optimum paretien si les agents sont satisfaits de leur choix et que les gains sont maximisés. Ces gains étant optimaux, si la situation d'un agent s'améliore, celle d'un autre doit se déteriorer pour préserver l'équilibre. Un optimum de Pareto peut également être un équilibre de Nash (où la notion d'optimum n'intervient pas).