Realizó numerosos viajes científicos. El primero fue a Brasil, en 1836, a analizar el magnetismo de la tierra por encargo de la Academia de Ciencias. Tras sus expediciones en Etiopía viajó a Jerusalén (1850), Noruega (1851), Briviesca (1860) y Argelia (1867) estudiando los eclipses de sol. En 1882 se dirigió a Haití a hacer investigaciones astronómicas.
Le interesó especialmente África Oriental, la región de Etiopía. Era un país lleno de historia, un crisol de grupos étnicos, lenguas, religiones. Como era de esperar, se encaminó con su hermano en busca de las fuentes del Nilo.
Los hermanos Abbadie, Antoine y Arnauld, fueron a Etiopía por primera vez en 1837, y allí permanecieron hasta 1848. Antoine volvió a París en 1839, a recoger instrumentos científicos (cronómetros, sextantes, hipsómetroas...), regresando a principios del año siguiente. Antoine realizó numerosas investigaciones, principalmente de geografía, etnografía y lingüística. Su principal misión consistió en concretar los puntos geodésicos en un amplio territorio de la Alta Etiopía, desde la ciudad de Massawa, en la costa de Eritrea, hasta la ciudad etíope de Gondar. Aprovechó este trabajo para recoger abundantes informaciones sobre los habitantes y lenguas de estos territorios. Arnauld, además de ayudar a su hermano, participó como militar en las guerras de los reyes locales, asegurando así la protección de su hermano. A principios de 1846 creyeron hallar las míticas fuentes del Nilo, pero descubrimientos posteriores demostraron que no fue así. Tras dos años sin recibir noticias de los dos hermanos, en 1847 la familia envió un tercero, Jean-Charles, en su busca. En 1848 volvieron los tres a Francia.
Antoine publicó los resultados de este largo viaje, como son los mapas de Etiopía (1862-69), Géographie de l’Etiopie (1890), noticias de las lenguas del país de Cam (1872), un diccionario de la lengua amarrinna (1881) y numerosos artículos con consejos para los viajeros. Se relación con el viajero vitoriano Manuel Iradier, que nombró a Abbadie presidente de honor de su Asociación Africanista
En el castillo que Antoine hizo construir en Hendaia se conservan todavía numerosos recuerdos de sus viajes africanos. Se puede afirmar que los hermanos Abbadie fueron los pioneros de los exploradores vascos del siglo XIX.
Antoine d’Abbadie, en una carta escrita en septiembre de 1844.