Ламарк впервые (1794) разграничил животный мир на две основные группы - позвоночных и беспозвоночных; ему принадлежит и термин "беспозвоночные". В пределах беспозвоночных он выделил 10 классов, распределив их в порядке введённого им принципа совершенствования - градации - между четырьмя последовательно усложняющимися ступенями организации. Вначале Ламарк понимал градации как прямолинейный ряд живых существ от простейших до самых совершенных (лестница существ), затем он пришёл к схеме родословного древа. Ламарк ввёл термин "биология" (1802) одновременно с немецким учёным Г. Р. Тревиранусом и независимо от него. В трактовке жизненных явлений был деистом. Согласно Ламарку, материя, лежащая в основе всех природных тел и явлений, абсолютно инертна. Для её "оживления" необходимо внесение в неё движения извне. Отсюда обращение Ламарка к "верховному творцу" как источнику "первого толчка", пустившего в ход "мировую машину". Живое, по Ламарку, возникло из неживого и далее развивалось на основе строгих объективных причинных зависимостей, в которых нет места случайности (механистический детерминизм). Наиболее простые организмы появились и ныне возникают из "неорганизованной" материи (самозарождение) под влиянием проникающих в неё флюидов (например, теплорода, электричества). Ламарк описал много форм ископаемых беспозвоночных, связав их с системой ныне живущих. Положил начало зоопсихологии.

Помимо ботанических и зоологических работ, Ламарк - автор публикаций по геологии, гидрологии и метеорологии. В "Гидрогеологии" (1802) выдвинул принцип историзма и актуализма в трактовке геологических явлений.