En 1858, il entre au Bureau des calculs de l'Observatoire de Paris, attiré par la perspective d'y découvrir les merveilles du ciel. Mais ce prestigieux établissement ne s'occupe que de mécanique céleste et nullement d'astrophysique. Flammarion, déçu, le quitte en 1852. Il va désormais se faire connaître par ses livres, ses conférences, collaborer à un grand nombre de revues et journaux, français ou étrangers, et participer activement au grand mouvement d'émancipation scientifique de la seconde moitié du XIXe siècle. En 1882, un admirateur lui fait don d'une belle propriété à Juvisy-sur-Orge, à 20km au sud de Paris.