Początkowo udał się do Anglii, gdzie przez pewien czas pracował jako nauczyciel w kolegium w Stonyhurst. 24 października 1848 roku opuścił jednak Anglię, wraz z dwudziestoma innymi jezuitami i udał się w podróż morską do Stanów Zjednoczonych. Po przybyciu do Ameryki zmarł towarzysz i nauczyciel Secchiego, de Vico, znany z odkrycia i opisania kilku komet.
Secchi osiadł w Georgetown, w pobliżu Waszyngtonu, gdzie jezuici prowadzili uniwersytet i obserwatorium astronomiczne. Dokończył tu studia teologiczne i zaczął pracować na uczelni jako wykładowca fizyki. Zawarł tu znajomość z hydrografem, astronomem i meteorologiem Matthew Fontaine’em Maurym, który znacznie wpłynął na jego zainteresowania naukowe. To właśnie Maurye'mu Secchi dedykował swoją pracę z zakresu meteorologii Sui recenti progressi della Meteorologia, wydaną w 1861 roku w Rzymie. Do Italii powrócił w 1849 roku, a rok później został mianowany dyrektorem obserwatorium przy Collegio Romana. Secchi rozpoczął wówczas badania nad promieniowaniem słonecznym, pierścieniami Saturna i planetoidami. W 1852 roku udało mu się zorganizować i znakomicie wyposażyć nowe obserwatorium w kościele św. Ignacego w Rzymie.