Un altro campo nel quale Broca offrì un contributo fondamentale fu quello dell'anatomia comparata dei primati. Oltre a questo, descrisse, per primo, le caratteristiche del cervello degli uomini vissuti nel neolitico. Sviluppò relazioni tra caratteristiche anatomiche del cervello e capacità mentali, come l'intelligenza, contribuendo in maniera sostanziale alle teorie relative al determinismo biologico e all'innata differenza intellettiva fra soggetti appartenenti a sessi e razze diverse (la gerarchia intellettiva, secondo Broca, vedeva al proprio vertice l'uomo bianco, seguito dall'uomo nero, comunque più intelligente della donna bianca e via dicendo). Le teorie di Broca si sono rivelate non solo infondate, ma frutto di un pregiudizio razzista e sessista estremamente diffuso presso i sostenitori della scienza craniometrica durante tutto l'ottocento e l'inizio del secolo successivo, come dimostrato da Stephen Jay Gould nel suo testo del 1981, "Intelligenza e pregiudizio".