Юношеские впечатления от опытов восхождения на альпийские вершины в значительной мере предопределили характер научных занятий Соссюра. Его исследования во многом были связаны со сравнительным измерением температуры, влажности и других природных показателей на различных высотах — Соссюр получил много интересных результатов (показав, например, что нижний слой воды в глубоких озёрах всегда остаётся холодным, что для прогрева земли на глубине 30 футов под воздействием летнего тепла требуется шесть месяцев, и т. п.), сконструировал или усовершенствовал множество оригинальных измерительных приборов (различные гигрометры, магнетометр, диафанометр, анемометр, эвапорометр и т. п.). На основании исследований выдвинул ряд смелых гипотез, которые, в основном, не подтвердились. Считается, однако, что именно он первым предложил термин «геология» (1779). В его честь назван минеральный агрегат соссюрит.
В молодые годы Соссюр также много занимался ботаникой, описывая высокогорные растения, встреченные им в Альпах. В его честь назван род высокогорных трав Соссюрея (Saussurea) DC.
Как альпинист, Соссюр неоднократно поднимался на высочайшие вершины Альп, проводя там немало времени. Соссюром была учреждена премия тому, кто разведает способ восхождения на Монблан, и после того, как в 1786 г. Мишель Паккар и Жак Бальма совершили первое успешное восхождение, в 1787 г. Соссюр вместе с Бальма поднялся на вершину Монблана уже с исследовательским оборудованием — первым зафиксировав при этом, что именно Монблан является высочайшей вершиной Европы. Натуралистические очерки Соссюра «Путешествия в Альпах» (фр. Voyages dans les Alpes; 1779—1796) многократно переиздавались, а в 1834 г. была впервые опубликована и ненаучная, пейзажно-лирическая часть его записок (фр. Partie pittoresque des ouvrages de M. de Saussure). Деятельность Соссюра весьма способствовала популяризации альпинизма и горного отдыха. Для нужд своей альпинистской деятельности Соссюр сконструировал первую в Европе переносную печь для приготовления горячей пищи силой солнечных лучей.
Портрет Соссюра был помещён на купюре в 20 швейцарских франков шестого выпуска (купюра печаталась в 1979—1995 г., действительна до 2020 г.).
