En 1864 empezó a trabajar como «naturalista ayudante» del geólogo Gabriel Auguste Daubrée (1814–1896), que sería una importante y duradera influencia en la carrera de Meunier.
Meunier es famoso por su trabajo en geología comparativa y experimental y se le atribuye haber introducido en las aulas la geología experimental como rama de las ciencias físicas.
También fueron relevantes sus estudios de meteoritos, en los que identificó treinta elementos químicos que también podían ser encontrados en rocas terrestres.
Sumando eso al trabajo de Gustav Kirchhoff (1824–1887) y Robert Wilhelm Bunsen (1811–1899) sobre el análisis espectral del Sol, Meunier afirmó que había una misma composición química en todo el sistema solar.
Muchos de sus artículos fueron publicados en La Nature y Revue Scientifique.