Charpentier es conocida por su papel en descifrar los mecanismos moleculares del sistema inmunológico bacteriano CRISPR-Cas9 (en inglés: clustered regularly interspaced short palindromic repeats) y su aplicación como herramienta en ingeniería genética.

[6]​ Charpentier ha trabajado en descifrar los mecanismos moleculares de un sistema inmunitario bacteriano, llamado CRISPR/Cas9, y convertirlo en una herramienta para la edición del genoma.

Específicamente, Charpentier demostró que un pequeño ARN llamado ARNtracr es esencial para la maduración del crRNA.

[7]​ En 2011, Charpentier conoció a la bioquímica estadounidense Jennifer Doudna en una conferencia de investigación y comenzaron su colaboración.

El ARN guía sintético es una quimera de ARNcr y ARNtracr; por lo tanto, este descubrimiento demostró que la tecnología CRISPR-Cas9 podría usarse para editar el genoma con relativa facilidad.