Er entwickelte 1861 den Kardiographen, der mittels auf dem Körper angebrachter Elektroden die Herzströme messen kann. 1867 wurde er Professor am Collège de France und 1878 Mitglied der Academie des sciences. Er entwickelte eine Kamera für fotografische Reihenbildaufnahmen (wegen ihrer Form oftmals als "Fotografisches Gewehr" bezeichnet), um die Körper- und Flugbewegungen von Vögeln besser studieren zu können. Diese Kamera ermöglichte bereits zwölf Aufnahmen in der Sekunde. Nach diesem Prinzip baute Marey 1890 die erste Filmkamera der Welt. Außerdem verwendete er 1888 für seine Aufnahmen zum erstenmal einen Rollfilm aus Papier.Die Straßen in diesem Wohngebiet erhielten die Namen von Pionieren auf den Gebieten der Optik, der Foto- und der Filmtechnik.