W latach 1775 i 1776 wziął udział w badaniach geologicznych na terenach Delfinatu, kierowanych przez Étienne'a Guettarda. W ich trakcie poznał m.in. słynnego później geologa i wulkanologa francuskiego Barthélemy Faujasa de Saint-Fond. Guettard namówił Villarsa do przyjazdu w 1777 r. do Paryża, gdzie umożliwił mu nawiązanie kontaktu z wieloma wybitnymi postaciami nauk przyrodniczych ówczesnej epoki. Byli to między nimi m.in. botanicy: Bernard de Jussieu, Antoine-Laurent de Jussieu, Edme-Louis Daubenton i André Thouin, a także lekarze – Antoine Portal i Félix Vicq d'Azir.
Tytuł doktora nauk medycznych uzyskał Villars w 1778 r. na uniwersytecie w Valence. Pajot de Marcheval zaoferował mu posadę dyrektora ogrodu botanicznego, a w 1782 r. stanowisko ordynatora w szpitalu cywilnym i wojskowym w Grenoble, które zajmował do 1803 r. Wiązała się z tym znacząca podwyżka uposażenia. W 1796 r. Villars został również mianowany profesorem historii naturalnej w École Centrale de Grenoble.