Contrairement à celle de Carl von Linné, botaniste suédois, basée sur les organes sexuels des plantes, Jussieu distingua les caractères constants ou variables au sein ou entre les familles de plantes reconnues par la profession.
De ces observations fines, il élabora un savant classement hiérarchisé des caractères des végétaux : étamines, pistil, fleur…Mais à quoi toute cette étude pouvait-elle bien servir ? En se basant sur cette classification, Antoine-Laurent répertoria plus d'une centaine d'espèces végétales.
Cette découverte, adoptée par l'ensemble des botanistes, signa la fin de la classification de Carl von Linné dont il restera la célèbre nomenclature binomiale connue de tous les scientifiques et étudiants en sciences.
Il publia sa méthode dans l'ouvrage Genera plantarum secundum ordines naturales disposita en 1789. Encore de nos jours, une grande partie des familles distinguées par Antoine-Laurent sont toujours reconnues.
Il ne s’arrêta pas là et, après la Révolution, créa le Muséum d'histoires naturelles, qui n'est autre que le successeur du Jardin du roi, où il fonda de suite une bibliothèque. Il le dirigera pendant plusieurs années jusqu'à ce que la cécité lui impose de se démettre de sa chaire au profit de son fils Adrien. On lui doit un grand nombre de publications scientifiques.
Une des plus grandes universités scientifiques françaises de renom porte son nom à Paris.
Après les discours d’usage lors de ses funérailles, Laurent-Antoine de Jussieu fut inhumé au cimetière du Montparnasse où la stèle de sa sépulture dorénavant est quasi illisible. Son fils repose auprès de lui.