La géodésie, cette science qui a pour but de déterminer la forme et les dimensions de la Terre, s'est vue dotée de techniques nouvelles par les astronomes de l'Observatoire. C'est ainsi que l'abbé Picard mesure un degré de méridien terrestre et en déduit le rayon de la Terre, calculs qui seront essentiels à Newton pour confirmer sa théorie de la gravitation.

Ce sont également les astronomes de l'Observatoire qui dresseront les premières cartes géodésiques à l'échelle d'un pays (carte des Cassini), d'une telle précision que la Convention les confisque en 1793, de peur qu'elles ne révèlent trop d'informations aux ennemis.

L'Observatoire enverra également deux expéditions pour déterminer si la Terre est aplatie aux pôles (Newton) ou allongée (Cassini).