Selepas menamatkan pengajian kedoktorannya, Charpentier meneruskan penyelidikannya ke Amerika Syarikat pada tahun 1996 hingga 2002. Bandar pertama yang dilawatinya di Amerika Syarikat ialah New York dan yang kedua ialah Memphis. Selepas menamatkan penyelidikannya di Amerika Syarikat, Charpentier kembali ke Eropah dan mewujudkan satu kumpulan di Universiti Wina yang pada akhirnya menjadi Ketua Makmal Max F. Perutz.[6]

Pada tahun 2009, Charpentier berpindah ke Universiti Umeå di Sweden dan membuat sebuah projek menggunakan CRISPR yang menghasilkan sebuah penemuan mengenai peranan penting molekul RNA CRISPR pengaktivasi-trans (tracrRNA) dalam sistem imun bakteria. Dari penemuan ini, Charpentier dipertemukan dengan Jennifer Doudna dan membuat sebuah penyelidikan bersama mengenai potensi dari sistem CRISPR-Cas9 dalam kejuruteraan genetik yang kemudian didemonstrasikan pada tahun 2012.[6]

Selepas menjalankan penyelidikannya di Umeå, Charpentier kemudian berpindah ke Jerman.