Dziedziną, w której Grimaldi miał szczególne osiągnięcia, była selenografia. Na podstawie pomiarów i obserwacji Księżyca w różnych fazach stworzył bardzo dokładną mapę jego powierzchni z zaznaczonymi kraterami i górami. W tej pracy używał okularu mikrometrycznego, podobnie jak przy wyznaczaniu południka dla Bolonii we współpracy z Ricciolim, Montalbinim i Cassinim. Opis tych prac zawarł Riccioli w swoim wydanym w 1661 roku dziele Geographiae Hydrographiae Reformatae. W 1665 roku ukazała się kolejna praca Riccioliego- Astronomia Reformata. Grimaldi opracował większość zawartych w niej tabel, zwłaszcza tych dotyczących gwiazd stałych.
Dorobek naukowy mały|Okładka książki Physicomathesis de lumine Grimaldiego. Najważniejsze odkrycia Grimaldiego na polu fizyki są związane ze światłem i optyką. Badając zjawiska rozchodzenia się, odbicia i załamania światła, odkrył zjawisko dyfrakcji optycznejCajori Florian, A history of physics in its elementary branches, including the evolution of physical laboratories, The Macmillan Company, New York, 1899. (choć odkrycie to jest również przypisywane da Vinciemu.). Jego najważniejsza i kompletną pracą o świetle było Physicomathesis de lumine, coloribus, et iride, aliisque annexis opublikowane w dwóch tomach. Było to ukoronowanie jego własnych badań i prac, zbierające i opisujące ich wyniki.