O seu primeiro interesse foi a fotografia, uma ciência que florescia na altura, pelo que realizou inúmeras experiências do ramo da óptica. Estas dar-lhe-iam os conhecimentos necessários à invenção de um novo telescópio de espelho parabólico, que viria a ser adoptado na maioria dos grandes observatórios astronómicos.

Em 1851, tornou-se repentinamente conhecido, ao provar o movimento de rotação da Terra, através da utilização de um pêndulo – o Pêndulo de Foucault. A experiência, foi realizada publicamente no Panteão de Paris. Foucault suspendeu uma bola de cobre de 28 kg por um fio de 67 m de comprimento. A rotação do plano pendular, ao longo do dia, vinha provar o movimento de rotação da Terra.

Foucault determinou, com um certo grau de rigor, a velocidade da luz no ar e na água por volta de 1850, fez experiências defendendo a teoria ondulatória da luz, tirou as primeiras fotografias solares e descobriu as correntes electromagnéticas que hoje servem de travões nos camiões.

É a este físico do séc. XIX que se deve a invenção do giroscópio, um "pião inteligente" ainda hoje utilizado em aviões e submarinos como estabilizador.