Entre 1671 et 1679, Cassini se livre à une série d’observations de la Lune et s’adjoint les services de deux dessinateurs, Sébastien Leclerc et Jean Patigny pour la cartographier comme l’avait fait Peiresc. Le 12 février 1679, il présente à l’Académie sa carte de la Lune, qui est rééditée en 1692. Cette gravure de 53 cm de diamètre est bien plus précise que les précédentes. Ainsi, elle restera sans rivale jusqu'à l'apparition de la photographie.

Ses observations ont permis à Cassini de faire en 1693 une description des différents mouvements de la Lune. Félix Tisserand, directeur de l’Observatoire, donnera le nom de « lois de Cassini » à la fin du XIX^e siècle aux lois qui les régissent.