W swoim wczesnym wieku Brongniart skupił się na badaniach gadów i opublikował Essai dune classification natural des reptiles w 1800 roku, w którym porównał anatomię gadów w celu zaklasyfikowania ich do różnych grup. Cztery klasyfikacje obejmowały Chelonia, Sauria, Ophidia i Batrachia. Jednakże, mimo że Brongniart zaliczył Batrachia do podklasy Reptilia, zauważył ogromną różnicę w anatomii Batrachia w porównaniu z resztą klasy. Problem ten został rozwiązany w 1804 roku przez Pierre’a Latreille’a poprzez zastąpienie Batrachia klasą zwaną Amphibians, a reszta ugrupowania Reptilia została zachowana. Dlatego Batrachia jest jedyną grupą, która nie jest już uznawana za gady, gdyż są to płazy.
Najbardziej znaczącą pracą dla Brongniarta był Essai sur la géographie minéralogique des environs de Paris we współpracy z Georges’em Cuvier’em na temat badań geologii wokół Paryża w 1811 roku. W tym czasie Cuvier próbował ustalić, z jakich okresów pochodzą skamieniałości i zrekonstruować wymarłe ssaki na podstawie okresów, z których pochodzą. Ich praca „Essai sur la géographie minéralogique des environs de Paris” zidentyfikowała dziewięć formacji, które powstawały w bardzo długim okresie czasu. Formacje, począwszy od najstarszej, zostały nazwane kreda, Argile Plastique, Calcaire grossier, Calcaire silicieux, Formation gypseuse, Sabels et Gres marins, Gres sans coquilliers, Terrain d’eau douce, i Limon d’aterrissement. Brongniart stwierdził, że w niektórych warstwach występują skamieniałości mięczaków morskich, a w niektórych skamieniałości mięczaków słodkowodnych. Wykorzystał naprzemienność tych morskich i słodkowodnych warstw do obalenia teorii, że warstwy zostały zdeponowane przez kurczący się ocean. Artykuł został po raz pierwszy odczytany publicznie w kwietniu 1808 roku, ale został rozszerzony w czerwcu 1808 roku i później w 1811 roku. Byli oni jednymi z pierwszych ludzi, którzy badali ziemię na podstawie zawartości skamieniałości, zamiast polegać na cechach skał. Podczas tej współpracy znaleźli również dowody przeciwko neptunizmowi Abrahama Wernera. Wyniki te skłoniły Cuviera do stworzenia katastrofizmu.
Innym znaczącym wkładem w stratygrafię było wykorzystanie zawartości skamieniałości w warstwach, które badał w Paryżu, do identyfikacji warstw w innych lokalizacjach zamiast głębokości lub litologii, ponieważ nie można oczekiwać, że skały będą miały dokładnie takie same cechy lub głębokość, jeśli zostały zdeponowane w różnych warunkach.
W 1822 roku Brongniart opublikował pierwsze pełnowymiarowe studium trylobitów, w którym sklasyfikował różne gatunki z Europy i Ameryki Północnej i próbował je pogrupować na podstawie wieku. Praca ta przyczyniła się do późniejszych prac nad stratygrafią paleozoiczną.
.