Den 27. mai 1931 gjennomførte han og Paul Kipfer en ballongferd som tok av fra i Augsburg, Tyskland og som bragte dem opp til 15 781 meters høyde i den øvre atmosfæren. Hensikten var å måle kosmisk stråling. Den 18. august 1932 nådde Piccard og Max Cosyns 16 940 meter fra Dübendorf i Sveits. Han gjennomførte 27 ballongferder, helt opp til meter. Etter andre verdenskrig brukte han erfaringen han hadde ervervet til å utforske dyphavene. I 1953 konstruerte han batyskafen «Trieste» som han benyttet i sin utforsking. I 1960 brukte hans sønn den til å dykke til bunnen av Marianergropen.