Na początku lat trzydziestych XIX wieku poświęcił się wyłącznie medycynie. Na zlecenie Akademii Nauk studiował (i leczył) epidemię cholery we wschodniej i środkowej Europie. Do prac badawczych wrócił w latach 1835–1836 na Grenlandii, gdzie udał się na pokładzie statku Recherche. Pod koniec tej wyprawy został mianowany prezesem Komisji Naukowej do spraw Islandii i przez następne kilka lat podejmował ekspedycje do Skandynawii. W 1839 stanął na czele francuskiego zespołu przygotowującego przyszłą eksplorację Arktyki i Antarktydy. Jego sprawozdania z wyjazdów do Islandii, Szwecji i na Spitsbergen zostały opublikowane w latach 1844 i 1847.
Joseph Paul Gaimard wziął udział w dwóch największych francuskich ekspedycjach badawczych podjętych w pierwszej połowie XIX wieku. Przywiezione przez niego i Quoya okazy fauny stworzyły podstawy kolekcji Muzeum Historii Naturalnej w Paryżu.