En revanche, après avoir construit un observatoire astronomique enAfrique du Sud auCap, il effectue un nombre impressionnant d'observations astronomiques. Il termine son séjour austral à l'Île-de-France puis à l'île Bourbon, aujourd'hui respectivement Îles Maurice et de La Réunion, de à, période au cours de laquelle il effectue un relevégéodésique de l'Île-de-France. À son retour en France, ses observations sont cartographiées par son amieAnne-Louise Le Jeuneux.
Il a dénommé 14 des 88constellations et en a rebaptisé une autre laMouche (en latin : Musca, abréviation : Mus). Elle est proche de laCroix du Sud (Crux, Cru).
Sonrationalisme scientifique le conduit à nommer les quatorze constellations ainsi :
Il découvre en 1752, l'amas ouvertNGC 4755, de laCroix du Sud, connu sous le nom deboîte à bijoux. Celui-ci renferme une centaine d'étoiles regroupées sur environ 20années-lumière, à près de 7 500 années-lumière de laTerre.
De retour en France, il participe à la vérification de la base établie parJean Picard près d'un siècle auparavant pour mesurer la longueur du méridien terrestre en 1756.
En outre, en l'honneur de sa contribution à l'étude du ciel de l'hémisphère sud, un télescope de 60 cm construit à l'île deLa Réunion sera nommé le télescope Lacaille[5].
Coelum australe stelliferum (1763) (édité parJ. D. Maraldi), contenant les observations de 10 000 étoiles, et décrivant quatorze nouvelles constellations.
Observations sur515 étoiles du Zodiaque (publié dans let. VI de sesEphémérides, 1763)
Leçons élémentaires de mathématiques (1741), fréquemment réimprimé
Calculs par lui-même des éclipses, insérés dansL'Art de vérifier les dates de l'historienbénédictinCharles Clémencet (1750)
Création d'un planisphère austral[6] contenant les constellations entre lepôle sud et le tropique du capricorne (1752).
Il a communiqué à l'Académie en 1755 un catalogue de quarante-deux nébuleuses du sud, et donné dans let. ii de sesÉphémérides (1755) des règles pratiques pour employer la méthode lunaire des longitudes, proposé dans ses suppléments auTraité de Navigation (1760) dePierre Bouguer, le modèle de l'almanach nautique.
Journal historique du voyage fait au Cap de Bonne-Espérance par feu M. l'abbé de La Caille..., Paris, Guillyn, 1763. Pour cet ouvrage, il reçut l'aide de l'abbéCarlier, qui écrivit également unDiscours sur sa vie.
Boistel, Guy, 2006, « Le voyage de l'abbé Nicolas-Louis de Lacaille, apprenti naturaliste ethnographe, au cap de Bonne-Espérance, 1750-1754 », in Sophie Linon-Chipon et Daniela Vaj,Relations savantes. Voyages et discours scientifiques, Paris,Presses de l'université Paris-Sorbonne,p. 121-141.