En 1765, il fut nommé bibliothécaire de l'Académie royale de la marine, à Brest. En 1766, il reçut le titre d'astronome de la marine et, en cette qualité, accomplit, durant les années qui suivirent, trois grands voyages de missions : le premier, en 1767, au Maroc; le deuxième, de 1768 à 1770, à Madagascar, à l'Île de France (Maurice), à l'île Bourbon (Réunion) et aux Seychelles, dont il reconnut les parages et où il effectua de nombreuses observations, notamment celle du passage de Vénus sur le Soleil (2 juin 1769) : le troisième, de 1771 à 1773, également à l'île de France.

En 1774, il fut créé, en récompense de ses services, garde du cabinet de physique et d'optique du roi, établi à la Muette. Dans ces paisibles fonctions, qu'il partageait avec J.-B. Leroy, il eut tout le loisir de s'adonner à l'étude. Ses remarquables travaux sur l'optique datent, du reste, pour la plupart, de cette époque, ainsi que toute une série d'autres recherches sur les sujets les plus variés, et, en 1787, il fut appelé à succéder au P. Boscovich comme astronome-opticien de la marine.  Il fut aussi, vers cette époque, envoyé à Londres au sujet de la réforme des poids et mesures (1790), puis nommé membre de la commission des monnaies, et entra à l'Institut en 1795.

Dépouillé de toutes ses places par la Révolution, il se retira dans sa ville natale et y fit élever dans le port, en 1796, un phare, ainsi qu'un observatoire, dont il fut nommé directeur. En 1802, il revint à Paris et, en 1805, il obtint l'autorisation d'y résider définitivement, avec logement au Louvre, tout en conservant sa situation de directeur de l'observatoire de Brest. Il avait été reçu en 1771 membre de l'Académie des sciences de Paris, dont il faisait déjà partie comme correspondant depuis 1763, et en 1793, il fut compris dans la nouvelle organisation de l'Institut. 

« Rochon est le premier, dit Malus, qui ait utilisé pour les arts les phénomènes de la double réfraction. » 

Tout le monde connaît l'application ingénieuse qu'il en a faite au prisme de cristal  et au micromètre ou lunette qui ont gardé son nom. Ce dernier instrument, qu'Arago proclame l'un des plus merveilleux que les astronomes aient imaginés, fut inventé en 1777. C'est également à Rochon qu'on doit le diasporamètre. Il le présenta à l'Académie en même temps que le micromètre et s'en servit notamment pour démontrer que la dispersion de la lumière n'est pas la même dans les deux faisceaux d'un même rayon produits par la double réfraction. Il introduisit, d'autre part, l'usage du platine dans la fabrication des miroirs des télescopes et des instruments nautiques. Dans le domaine de l'astronomie proprement dite, il perfectionna les méthodes de détermination des longitudes et calcula l'aplatissement de la planète Jupiter, qu'il évalua à 1/16 environ. (L. S.).

En bibliothèque - Outre de nombreux mémoires insérés dans le Journal de physique et dans le Moniteur, Alexis de Rochon a publié : Opuscules mathématiques (Brest, 1768), recueil de ses communications à l'Académie des sciences; Recueil de mémoires sur la mécanique et la physique (Paris, 1783) : Nouveau Voyage à la mer du Sud (Paris, 1783); Voyages à Madagascar et aux Indes orientales (Paris, 1791; 4e éd., 1807; trad. allem. et angl.); Expériences sur la monnaie coulée et moulée (Paris, 1791); Essai sur les monnaies anciennes et modernes (Paris, 1792); etc.