Con l'Unità Nicolucci si candidò e venne eletto deputato del Regno d'Italia sino al 1865, quando perse l'elezione nel collegio di Pontecorvo. Nel frattempo, però, aveva spostato le sue ricerche anche verso l'archeologia, pubblicando saggi su alcuni ritrovamenti litici nell'Italia meridionale. Del resto, le testimonianze archeologiche erano indispensabili per sostenere i suoi esami sui crani e, di conseguenza, l'interpretazione alla base della catalogazione degli esseri umani. In tal senso, tra il 1867 e il 1873, Nicolucci pubblicò tre importanti studi relativi, rispettivamente, all'antropologia della Grecia, dell'Etruria e del Lazio, che riscossero ampi consensi, senza contare il risalto che ebbe l'aver studiato il cranio di Dante, attraverso il quale l'antropologo isolano ricondusse i caratteri somatici del sommo poeta al "tipus" toscano, confutando l'asserzione di chi lo voleva romano.