Il effectua, en 1849, la première mesure directe de la vitesse de la lumière dans l'air. En 1848, il découvrit, indépendamment de Doppler, que le mouvement d'une source de vibrations par rapport à un observateur provoque un déplacement des fréquences perçues par celui-ci (effet Doppler-Fizeau). Il eut l'idée d'utiliser les longueurs d'onde lumineuses comme étalons de longueur.
