Junto con Jean René Constant Quoy sirvió como cirujano y naturalista de 1822 a 1826 a bordo del barco La Coquille, al mando de Louis Isidore Duperrey, en un viaje de circunnavegación de la Tierra, y desde 1826 hasta 1829 en el Astrolabe, al mando de Jules Dumont d'Urville.

Durante este viaje descubrieron la, ahora extinta, lisa gigante de Tonga (Tachygia microlepis).

Fue el líder científico de una expedición patrocinada por el Almirantazgo francés al océano Ártico, en el barco La Recherche, conocida como la «Expedición La Recherche» (1835-36).

[cita requerida] En 1835 Gaimard visitó Islandia, regresando de nuevo el verano siguiente como jefe de una misión científica financiada por el gobierno francés.

La abreviatura Gaimard se emplea para indicar a Joseph Paul Gaimard como autoridad en la descripción y taxonomía en zoología.