Большая комета
Донати занимался поисками, наблюдениями и вычислениями орбит комет. В 1854—1864 годах Донати открыл пять комет. Большая комета C/1858 L1, открытая астрономом в 1858 году, оказалась одной из самых ярких и интересных в истории астрономии и была названа в его честь «кометой Донати». Донати один из первых применил спектральный анализ при изучении Солнца, звёзд и комет. Изучение спектра комет позволило Донати установить наличие газов в их составе. Во время солнечных затмений 1870 и 1872 года выполнил наблюдения с помощью построенных им двух спектрографов с 5 и 25 призмами. Изучал полярные сияния и первым указал на их связь с Солнцем. Объяснил мерцание звёзд как результат изменений атмосферной рефракции на пути луча света при прохождении его через земную атмосферу.