W 1829 jako pierwszy zasugerował, że długość fali światła może być używana jako podstawowa jednostka długości (Angstrem). Opracował wiele instrumentów naukowych i przeprowadził badania nad dyfrakcją i odbijaniem światła. Jako meteorolog prowadził badania nad tęczami atmosferycznymi, wieńcami słonecznymi i księżycowymi oraz polaryzacją światła. W 1837 zauważył i opisał, że obraz dyfrakcyjny otrzymany z przeszkody jest taki sam jak z otworu o takim samym kształcie i średnicy z wyjątkiem natężenia promienia światła, zasada ta jest znana współcześnie jako zasada Babineta. W 1840 odkrył drugi, po punkcie Arago, punkt na sferze niebieskiej, z którego dochodzi niespolaryzowane światło, tzw. punkt Babineta, położony około 20° powyżej Słońca. Przeprowadził wiele eksperymentów związanych z polaryzacją światła, skonstruował urządzenie do pomiaru polaryzacji znane jako kompensator Babineta.
Był odkrywcą zjawiska całkowitego wewnętrznego odbicia (mniej więcej równocześnie i niezależnie od Jeana-Daniela Colladona). Około 1840-42 przedstawił eksperyment, w którym oświetlił dno butelki skupioną wiązką światła i pokazał, że cienki strumień wody wylewany z butelki zawiera w sobie skupione światło.