A 20 ans il est préparateur de chimie et d'histoire naturelles pour financer ses études. Il est encore étudiant en médecine lors du décès de son père. Il a alors 22 ans. Il devient ensuite externe puis interne des hôpitaux restant à Amiens à proximité de sa mère. Au décès de cette dernière en 1861, il s'engage comme chirurgien auxiliaire de 3è classe dans la Marine et rejoint Brest.
Affecté à Saïgon, il récolte 1500 spécimens d'espèces botaniques.
n 1866 se constitue un corps expéditionnaire d’exploration sous la direction du capitaine de frégate Ernest Doudard de Lagrée. La double compétence de médecin et de botaniste de Clovis Thorel le fait appeler à devenir membre de cette mission. Ils parcourent 8800 kms. rant ce périple, Clovis Thorel continue sa collecte botanique et enrichit son herbier.
Il fera don de son herbier de 9 volumes manuscrits décrivant 4203 espèces au Muséum d'Histoire Naturelle de Paris en 1906.
urant les 20 dernières années de sa vie, il se consacre à l'étude des propriétés thermales de la grande source de Bagnoles de l'Orne et il publiera en 1900.