Come geologo e vulcanologo studiò l'Etna; I suoi studi sono riassunti nella monografia "Vulcanologia dell'Etna 1859-1860" che è certamente il prodotto più maturo delle ricerche del Gemmellaro, sintesi di osservazioni portate avanti per decenni e tentativo ben riuscito di una teoria vulcanica moderna. L'ultima sua opera, "Un addio al maggior vulcano d'Europa", è un saluto al principale oggetto dei suoi studi scientifici, oltre che una sintetica autobiografia.