顧觀光壹生勤奮好學，精於醫道，對天文、歷法、數學、史地尤有研究。生平著作甚多，出版發行2l冊，涉及天文、地理、歷法、數學等，其中《九數外錄》十篇基本上包括了當時西法算術的精要。
顧觀光在行醫的間隙，致力於古籍的整理和研究，先後撰寫了《古韻》22卷、《國策編年考》1卷、《七國地理考》14卷，校勘了《華陽國誌》、《吳越春秋》、《列女傳》、《文子》等，均附有《校勘記》，編輯了《古書逸文》，輯錄了已散失的《神農本草》、《七律拾遺》、《桓子新論》等書。詮釋的書籍有《傷寒論》、《金匱要略論註》、《傷寒經解》、《幾何原本後》等。
道光十四年（1834年）後還協助錢熙祚校勘《守山閣叢書》、《指海》，協助錢培名校勘《小萬卷樓叢書》等巨著。
道光後期，他擺脫“乾嘉學派”的影響，從對古典文獻的考證研究轉向對自然科學的研究，尤其對古典天文學和數學產生濃厚興趣。《清史稿》稱他“博通經、傳、史、子百家，尤究極天文歷算，因端竟委，能抉其所以然，而摘其不盡然。時復蹈瑕抵隙，搜補其未備”。鴉片戰爭以後，西方科學技術逐漸傳入中國，他能接受西方先進的科學成果和研究方法與我國古典科學融會貫通。他認為“舊法者，新法之所從出”，“中西之法可互相證，而不可互相廢”。他博采中西之長，取得了豐碩成果，成為清代著名的天文數學家。
這壹時期他對傳刻本《周髀算經》中27處錯誤作了訂正，撰寫了《周髀算經校勘記》。《周髀算經》是漢代壹部天文學著作，書中有復雜的數學計算和勾股定理的運用。顧觀光經過深刻研究，指出古人是用平面圖來標明渾圓的天體，書中表示周徑裏數的大小數據，僅是為了在平面圖上繪圖而假設的，並非實測的數據，所謂“北極璇璣”也只是繪圖所需的借象，並非實有的壹顆星。書中反映的“蓋天說”，純屬古人觀察天象所作的設想，並非利用這種平圓的理論來測量天地。顧觀光的這壹結論，對後人理解《周髀算經》中的壹大堆矛盾和繁雜的數據有極大的幫助。
在對古天文學的研究中，顧觀光還將我國古代歷法與西歷、回歷加以比較，探求用新的方法來計算古歷法中閏年誤差日的數值計算。撰寫了《六歷通考》、《回回歷解》、《九執歷解》、《甲子元推步簡法》、《癸卯元推步簡法》、《五星推步簡法》等。
道光二十六年（1846年）至鹹豐元年（1851年），顧觀光著重於中西數學研究。不僅通讀了當時所能得到的同時代學者的數學著作，而且“凡近時新譯西術”都覓來悉心推敲研究，對每壹本書，每壹種數學新法加以驗證，取其“明確之理”，糾正其“不盡之處”。先後撰寫了《算剩初編》、《算剩續編》、《算剩余編》、《九數外錄》、《九數存古》等專著。如西人求圓方法，只知圓內各等邊之半為正弦，而不知外切各等邊之半為正切，因此顧觀光采用古代數學中“六宗、三要、二簡”的方法求外切各等邊之正切，彌補西法求圓的不足。他還認為西方數學家杜德美的“圓徑求周術”方法原理不夠嚴謹，解法繁瑣難記，因此他把同時代數學家董佑誠的“割圓連比例求圓法”和杜德美的“圓經求周術”相結合，使圓的弧與弦在壹定條件下可以相互轉化，求弧如求弦，用弦如用弧，“壹弧之數，即眾弦之合數”，使“弧線、直線相求之理始盡”。
鹹豐四～五年（1854～1855年）顧觀光發表壹系列論文對同時代數學的研究成果進行了精細的剖析，並與西法進行比較，提出了許多有關求圓、級數、對數求解和對數造表的補充意見，完善了他們的研究成果，推動了我國近代數學的發展。如他認為戴煦、項名達的“方圓互通解析表達式”，既肯定其成果，也指出這個方法只有“弦數求余線”，未能闡明“割切二線之間的相互關系”，李善蘭所著《對數探原》用“尖錐法”處理對數計算，雖較西法簡便，但計算程序繁瑣，且只能造表，不能直接求出，他提出“用諸乘方差的辦法來直接求對數，則更為簡便”。
1855年李善蘭譯完歐幾裏得《幾何原本》後九卷（前六卷為明末利瑪竇和徐光啟所譯），由顧現光校訂。李善蘭所譯的《重學》是中國第壹部力學譯作。該書於1858年刊行後不久，書版即大部毀於戰火。《重學》再版前，顧觀光和張文虎又重新進行校訂。
顧觀光是中國較早撰述力學文章的作者之壹。他的《九數外錄》(1874年江南制造局印行)所輯的十篇文章有六篇是關於數學的，四篇是關於力學的。這四篇力學文章的題目是：《靜重學記》、《動重學記》、《流質重學記》、《天重學記》，即靜力學、動力學、流體力學和天體力學。這些文章介紹了許多初等力學課題和計算方法，也夾雜著壹些力學的基本概念，是當時中國的壹項可貴的成就。
顧觀光的其他著作有《算勝初》兩卷、《九數存古》九卷、《六歷通考》、《推步簡法》、《新歷推步簡法》、《五星簡法》等。在數學方面，顧觀光以研究對數著稱，撰有《對數衍》壹卷(1860)。