Udział w wyprawach badawczych thumb|left|200px|Autoportret, ok. 1845, National Portrait Gallery w Waszyngtonie Wszechstronnie utalentowany, postanowił zostać ilustratorem dzieł naukowych. Pierwszą profesjonalną pracą, jaką wykonał, było sześć kolorowych tablic do dzieła Thomasa Saya American Entomology, wydanego w 1817 roku w Filadelfii. Przyniosły mu one uznanie i wybór na członka Academy of Natural Sciences w rodzinnym mieście. Stworzyło mu też możliwość kontynuowania pracy w dziedzinie historii naturalnej. W grudniu tego samego roku dołączył do Thomasa Saya, George’a Orda i Williama Maclure’a, biorących udział w wyprawie do przybrzeżnych regionów Georgii i Florydy. W 1819 roku jego ojciec załatwił mu posadę asystenta-przyrodnika w wyprawie Stephena Harrimana Longa do Gór Skalistych. Ekspedycja, w której uczestniczyli między innymi Thomas Say, George Jessup i Edwin James, przemierzyła na pokładzie parowca Western Engineer rzekę Missouri, udając się następnie na zachód, wzdłuż rzeki Platte do przedniego pasma Gór Skalistych. Celem wyprawy było odkrycie źródeł Platte, a zadaniem Peale’a – dokumentowanie fauny, którą członkowie wyprawy napotkali podczas swej misji. Jego wysiłki zaowocowały ponad setką szkiców, w tym kilkoma pejzażami i scenami z życia rdzennych Amerykanów.