Nei suoi primi anni, Brongniart si concentrò sugli studi dei rettili e pubblicò Essai dune classification naturally des reptiles nel 1800, che confrontò l’anatomia dei rettili per classificarli in diversi gruppi. Le quattro classificazioni erano Chelonia, Sauria, Ophidia e Batrachia. Tuttavia, anche se classificò la Batrachia come una sottoclasse dei Rettili, Brongniart notò un’enorme differenza nell’anatomia della Batrachia rispetto al resto della classe. Questo problema è stato risolto nel 1804 da Pierre Latreille sostituendo Batrachia in una classe chiamata Anfibi, e il resto del raggruppamento Reptilia è stato mantenuto. Pertanto, i Batrachi sono l’unico gruppo che non è più riconosciuto come rettili in quanto sono anfibi.
Il lavoro più significativo per Brongniart fu Essai sur la géographie minéralogique des environs de Paris in collaborazione con Georges Cuvier su studi di geologia intorno a Parigi nel 1811. A quel tempo, Cuvier stava cercando di capire i periodi i fossili sono da e per ricostruire i mammiferi estinti in base ai periodi sono da. Il loro articolo “Essai sur la géographie minéralogique des environs de Paris” ha identificato nove formazioni che si erano formate per un periodo di tempo molto lungo. Le formazioni, a partire dal più antico, sono stati chiamati il gesso, Argile Plastique, Calcaire grossier, Calcaire silicieux, Formazione gypseuse, Sabels et Gres marins, Gres sans coquilliers, Terrain d’eau douce, e Limon d’atrissement. Brongniart ha scoperto che alcuni degli strati avevano fossili di molluschi marini, e alcuni avevano fossili di molluschi d’acqua dolce. Ha usato l’alternanza di questi strati di acqua dolce e marina per confutare la teoria che gli strati sono stati depositati da un oceano restringente. Il documento fu letto per la prima volta al pubblico nell’aprile del 1808, ma fu esteso nel giugno del 1808 e successivamente nel 1811. Sono stati tra le prime persone a studiare la terra dal suo contenuto fossile invece di fare affidamento sulle caratteristiche delle rocce. Durante la collaborazione, hanno anche trovato prove contro il Nettunismo di Abraham Werner. I risultati hanno innescato Cuvier nella creazione di catastrofismo.
Un altro contributo significativo nella stratigrafia è stato l’uso del contenuto fossile negli strati che ha esaminato a Parigi per identificare strati in altre località invece di profondità o litologia, poiché non ci si può aspettare che le rocce abbiano le stesse caratteristiche o profondità se depositate in condizioni diverse.
Nel 1822, Brongniart pubblicò il primo studio completo sui trilobiti in cui classificò una varietà proveniente dall’Europa e dal Nord America e cercò di raggrupparli in base all’età. Questo lavoro ha contribuito a lavorare in seguito sulla stratigrafia paleozoica.