Локьер занимался спектроскопией Солнца и звезд. В 1866, проводя спектральные наблюдения солнечной поверхности, обнаружил изменения в спектре при переходе от диска к пятнам. Объяснил этот эффект на основе гипотезы о диссоциации атомов при повышении температуры. Независимо от П.Жансена разработал метод наблюдения протуберанцев вне затмения. В 1871 пришел к выводу, что наблюдаемая в спектре протуберанцев яркая желтая линия отвечает новому элементу, который он назвал гелием. Создал первую спектральную классификацию звезд. В 1870–1905 возглавлял восемь экспедиций для наблюдения полных солнечных затмений. Среди трудов Локьера – Работы по физике Солнца (Contribution to Solar Physics, 1873), Роль Солнца в природе (The Sun' s Place in Nature, 1897), Неорганическая эволюция (Inorganic Evolution, 1900). В 1869 Локьер основал журнал «Нейчур» («Nature»). Умер Локьер в Солком-Реджисе (графство Девон) 16 августа 1920.