Es dedicà especialment a la recerca de cometes i en descobrí vint-i-un. Elaborà un catàleg que contenia les posicions de tres-cents objectes d’aspecte nebulós i que podien ésser confosos amb cometes, però posteriorment hom ha vist que molts dels astres catalogats per Messier són galàxies, i els altres, nebuloses brillants i cúmuls estel·lars. El primer recull fou publicat el 1770, i el 1781 n'aparegué la darrera versió. Aquest catàleg és encara sovint emprat. Hom empra la lletra M, seguida d’un nombre d’ordre, per designar els objectes celestes d’acord amb aquest catàleg. Efectuà també estudis de cronometria i gravimetria i establí que la longitud corresponent a un pèndol d’un segon de període era la longitud geogràfica de 45°.