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빛의 절대속도를 아주 정확하게 측정하는 기법을 도입·발전시켰으며, 지구가 그 자신의 축을 중심으로 회전한다는 실험적 증거를 제공했다(→ 광속).

의학 공부를 했으나 실험물리학으로 관심을 돌려 A. 피조와 함께 그는 빛과 열에 관한 일련의 연구를 시작했다. 1850년경 그는 빛이 공기보다 물 속에서 더 느리게 통과한다는 것을 확증했으며, 같은 해에 빛의 속도를 측정하여 참값의 1％ 이내의 값을 얻었다.

1851년 67m 길이의 선에 매달려 있는 무거운 철구의 운동을 해석함으로써 지구가 축을 중심으로 자전한다는 것을 증명했다. 그러한 푸코 진자는 항상 같은 수직면에서 진동하지만 자전하는 지구 위에서는 이 수직면이 진자의 지리적 위도에 의존하는 비율과 방향으로 서서히 바뀐다. 이 논증과 자이로스코프를 이용한 유사한 실험으로 그는 1855년 런던 왕립학회의 코플리 메달을 받았으며, 파리 제국천문대의 물리학 조교가 되었다.

강한 자기장 속을 움직이는 구리원반에서 맴돌이 전류, 즉 '푸코 전류'를 발견했고 반사망원경의 거울을 개량했으며 1859년 망원경 거울의 표면결함을 검사하는 간단하지만 아주 정확한 방법을 개발했다.