En 1868 dirigeix una expedició per observar un eclipsi de sol en el regne de Siam, acompanyat de Georges Rayet, un astrònom de la seva mateix promoció. Observant l'espectre de les protuberàncies solars va descobrir una línia d'emissió fins llavors desconeguda que Stephan descriurà com de color groc palla. L'element químic desconegut serà batejat com a heli i serà aïllat a la Terra pels químics 17 anys més tard.
En 1873, Stephan intenta mesurar l'extrema menudència del diàmetre aparent dels estelsfixos, utilitzant la tècnica de la interferometria, a través de dues finestres separades en el telescopi de Foucault. No va obtenir cap resultat positiu, establint que el diàmetre aparent dels estels és considerablement inferior a 0.158 segons d'arc.[2]
L'obra principal d'Stephan va ser el descobriment d'entorn de 800 nebulosesextremadament febles, segons les seves pròpies paraules, entre 1869 i 1885. Actualment se sap que els objectes que Stephan denominava nebuloses en realitat són galàxies compostes de milers de milions d'estels, encara que aquest descobriment no es va realitzar fins a 1924 per Edwin Hubble. Stephan va fer notar que les nebuloses es repartien en petits grups, avui dia coneguts com a grups de Hickson, entre els quals destaca el conegut com a Quintet d'Stephan.
↑Stephen, E. «Discours prononcé aux obsèques, le 2 Janvier 1924 par M. Jean Bosler, Directeur de l'Observatoire de Marseille». Journal des Observateurs, 7, 1924, pàg. 9-10.
↑Comptes rendus de l'Académie des sciences (en francés), p. LXXVI-LXXVIII.
