All'inizio della sua attività scientifica condusse studi clinici con il fisiologo Angelo Mosso (1846-1910) che portarono alla prima registrazione delle pulsazioni cerebrali nell'uomo Fra le sue prime ricerche si annoverano gli studi sulle anomalie nervose della mano e la circolazione venosa degli arti inferiori e arteriosa degli arti superiori. Sono suoi alcuni reperti anatomici per ciò che concerne la topografia cardiaca: le cosiddette "vertebre del Giacomini" (dalla quinta vertebra toracica all'ottava) sono un limite dorsale del cuore. Dal 1882 seguì in maniera approfondita lo studio della morfologia cerebrale: descrivendo il lobo limbico, una parte della circonvoluzione dell'ippocampo porta oggi il nome di banderella o limbus del Giacomini; ne dedusse un'opera completa sulle circonvoluzioni cerebrali (1882). Non per ultimo, condusse studi antropologici correlando le varie circonvoluzioni cerebrali alle diverse razze dimostrandone la grande varietà: questo contrastò le convinzioni dell'antropologo-criminologo Cesare Lombroso. Nel 1886 descrisse per primo un'anomalia della giunzione cranio-vertebrale, chiamata Os Odontoideum, e intuì che tale anomalia poteva alterare la motilità del passaggio cranio-spinale anticipando il concetto di instabilità vertebrale [1. Nel 1871 fu eletto socio della Reale Accademia di medicina. Nel 1876 assunse la direzione del Gabinetto di Anatomia Umana dell'ateneo torinese e nel 1887 divenne socio dell'Accademia delle Scienze della stessa città.