Il fait plusieurs séjours dans le Carladès dont il est comte titulaire héréditaire, adhère à la Société de la Haute-Auvergne, fait faire des recherches dans les archives de la principauté qu'il fait inventorier et classer, puis fait publier les Documents relatifs à la vicomté de Carlat
En 1870, il est âgé de 22 ans lorsque il se passionne pour l'exploration océanographique. Il organise de nombreuses expéditions scientifiques océanographiques et cartographiques accompagné par de nombreux scientifiques. Il fait construire l'Institut océanographique de Paris, à côté de l'Institut de géographie, rue Saint-Jacques.
En 1889, il fonde l'Institut océanographique de Monaco et fait construire le Musée océanographique de Monaco entièrement dédié à la mer, avec musée, laboratoires, collections de pièces rapportées de ses explorations, aquariums de faune et de flore des fonds sous marin de la Méditerranée, librairie scientifique, archives ...
Le prince-savant déclara lors de l'inauguration : « Ici, messieurs, vous le voyez, la terre monégasque a fait surgir un temple fier et inviolable dédié à la divinité nouvelle qui règne sur les intelligences ».
Il participa entre autres, à l'exploration du Svalbard dont il rédigea une cartographie très précise au début des années 1900. Certaines de ces cartes sont encore utilisées à défaut d'en avoir édité plus récemment.
Il s'intéresse également aux origines de l'humanité et fonde un Institut de Paléontologie et dirige de nombreuses fouilles archéologiques dans le monde.
Il est membre de la Société de géographie et de la British Academy en 1909 dont il est décoré de la médaille d'or pour ses nombreuses contributions scientifiques.
À l'inverse de la vaccination, les scientifiques de son équipe découvrent l’anaphylaxie (appelé de nos jours les allergies).
