Los principales méritos de Serpieri como astrónomo residen en la observación de estrellas fugaces. Su primer tratado sobre el tema data de 1847 en los “Annali di fisica e chimica” de Maiocchi. En Agosto de 1850, descubrió que los meteoros de Agosto tienen su origen en un radiante cercano de Gamma Persei (de ahí “Perseida”, Ann. Di Tortolino, 1850). En el mismo año fundó un observatorio en Urbino, y en adelante publicó regularmente en su boletín mensual los resultados de sus observaciones meteóricas. Estas fueron de gran ayuda para Schiaparelli en la formulación de su teoría sobre las estrellas fugaces. El mismo Serpieri manifestó algunas opiniones interesantes sobre el tema en su boletín en 1867. A instancias del Padre Secchi, fue a Reggio en Calabria para observar el eclipse total de sol en 1870, y establecer con exactitud el límite norte de la zona de totalidad. Las serpentinas de la corona solar observables durante el eclipse fueron declaradas por él como auroras ocasionadas por influencia eléctrica de la tierra y otros planetas sobre el sol (Rendic, Ist. Lomb., 1871). Cuando Schiaparelli llamó su atención sobre le magnífica obra del Americano George Jones, que se componía de 328 dibujos de la luz zodiacal como se observaba en diferentes momentos y desde diferentes lugares (publicada en Washington a expensas del Gobierno), él de una vez la sometió a un análisis perspicaz. Esto lo condujo a su teoría, en la que explica este fenómeno como luz de la tierra producida y mantenida en la atmósfera por radiaciones solares especiales (“La luce zodiacale studiata nelle osserv. di G. Jones, 138 pp. en “Mem. Soc. Spettr. Ital.”, 1876-81).

Los logros más grandes de Serpieri están en el campo de la sismología. Su estudio del terremoto del 12 de Marzo de 1873, es, en opinión de Rossi, un modelo de análisis científico. En este fue el primero en introducir el concepto de radiante sísmico. La así denominada premonición de parte de los animales él la explica por la hipótesis de una perturbación eléctrica precedente. Su obra maestra es su estudio sobre el terremoto del 17 y 18 de Marzo de 1875, que ocasionó gran devastación en su ciudad de domicilio y en otros lugares. En este estudio plasma 240 documentos procedentes de 100 lugares diferentes, y en él su teoría de radiantes es probada en forma destacada. También escribió dos memorandos sobre la terrible catástrofe de Casamicciola. Sus estudios sismológicos completos, por los cuales recibió la medalla de oro en la Exposición Italiana General en Turín (1884), fueron publicados en 1889 por P. G. Giovanozzi. Entre sus obras sobre física deben mencionarse: un estudio sobre el péndulo de Foucault (Ann. Tortolini, 1851); un tratado sobre la transmisión simultánea de corrientes eléctricas opuestas en el mismo cable (Corr. Sc. di Roma, 1855), una conferencia sobre la unidad de fuerzas naturales (La forza e le sue trasformazioni, 1868). Su obra sobre el potencial eléctrico (“Il potenziale elettrico”, 171 pp., Milán, 1882), es notable por su sistema, claridad y concisión. Ha sido traducido al Alemán por Reichenbach (Viena, 1884). Su última obra, sobre medidas absolutas (“Le misure assolute”, etc., Milán, 1884), da en forma condensada las principales teorías en física, en particular de corrientes eléctricas. Ha sido traducida al Francés por Gauthier-Villars (1886) y al Alemán (Viena, 1885).