Nach dem Abschluss des Königlichen Konservatoriums in Brüssel begann Sax mit neuen Instrumenten zu experimentieren, während seine Eltern weiterhin konventionelle Instrumente bauten. Sax‘ erste wichtige Erfindung war eine Verbesserung des Designs der Bassklarinette, die er im Alter von 24 Jahren patentieren ließ. 1842 siedelte er dauerhaft nach Paris über und begann mit der Arbeit an einem neuen Satz von Ventilhörnern. Auch wenn er dieses Instrument nicht erfunden hat, waren seine Exemplare viel erfolgreicher als die seiner Konkurrenten und wurden als Saxhörner bekannt. Hector Berlioz war von diesen Instrumenten so angetan, dass er im Februar 1844 eines seiner Stücke komplett auf Saxhörnern spielen ließ. Sie wurden in sieben verschiedenen Größen hergestellt und ebneten den Weg für die Entwicklung des Flügelhorns. Heute werden Saxhörner manchmal in Konzertkapellen, Marschkapellen und Orchestern eingesetzt. Das Saxhorn legte auch den Grundstein für das moderne Euphonium.
Sax entwickelte 1845 auch die Saxotromba-Familie, Blechblasinstrumente mit Ventilen und engerer Bohrung als die Saxhörner, die jedoch nur kurz überlebten.
Die Verwendung von Saxhörnern verbreitete sich schnell. Die Saxhornventile wurden zu ihrer Zeit als Stand der Technik akzeptiert und sind bis heute weitgehend unverändert geblieben. Den Fortschritten von Adolphe Sax folgte bald die britische Brass-Band-Bewegung, die ausschließlich die Saxhorn-Instrumentenfamilie übernahm. Die Jedforest Instrumental Band wurde 1854 und die Hawick Saxhorn Band 1855 in den schottischen Borders gegründet, ein Jahrzehnt nachdem Saxhorn-Modelle verfügbar wurden.
In der Zeit um 1840 erfand Sax die Clarinette-Bourdon, eine frühe, erfolglose Konstruktion einer Kontrabassklarinette. Am 28. Juni 1846 patentierte er das Saxophon, das für den Einsatz in Orchestern und Militärkapellen bestimmt war. Bis 1846 hatte Sax Saxophone vom Sopranino bis zum Subkontrabass entworfen, die jedoch nicht alle gebaut wurden. Der Komponist Hector Berlioz schrieb 1842 anerkennend über das neue Instrument, aber trotz seiner Unterstützung wurden Saxophone nicht zum Standardbestandteil des Orchesters. Ihre Fähigkeit, technische Passagen leicht wie Holzblasinstrumente zu spielen und gleichzeitig laut wie Blechblasinstrumente zu sein, führte dazu, dass sie in Frankreich und anderswo in Militärkapellen eingesetzt wurden. Sein Ruf verhalf ihm 1857 zu einer Anstellung als Lehrer am Pariser Konservatorium.
Sax baute auch später noch Instrumente und leitete das neue Saxophonprogramm am Pariser Konservatorium. Konkurrierende Instrumentenbauer griffen die Legitimität seiner Patente an und wurden von Sax wegen Patentverletzung verklagt. Diese Rechtsstreitigkeiten zogen sich über 20 Jahre hin. Dreimal wurde er in den Bankrott getrieben: 1852, 1873 und 1877.
Sax litt zwischen 1853 und 1858 an Lippenkrebs, erholte sich jedoch vollständig. 1894 starb er in Paris in Armut und wurde in der Sektion 5 (Avenue de Montebello) des Cimetière de Montmartre in Paris beigesetzt.
- Weitere erfundene Instrumente
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6-Kolben-Posaune
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Ein Bass-Saxhorn, 1863