澳大利亚的植物采集
布朗随“调查者”号参加1801年开始的澳大利亚海岸考察，航海调查结束后仍留在当地采集，直到1805年回英国。1810年出版的《新荷兰植物志前驱》整理了这批研究，使大量标本进入比较分类的工作。
细胞核与微粒运动
布朗研究植物组织内的细小结构，1831年描述植物细胞核，也研究气孔。他用显微镜观察水中微小颗粒的无规则运动，后来称为布朗运动；这种观察成为物理学继续研究的对象，不能把后来形成的分子解释都归为他的结论。
标本、图书与学会
布朗曾管理约瑟夫·班克斯的图书和植物标本。相关收藏转入大英博物馆后，他成为植物部门的首任负责人。他还长期参与林奈学会事务，并于1849—1853年任会长，将采集、馆藏整理和学术交流连在一起。