В Сантьяго И. Домейко возвращался по суше верхом на лошади через Юмбель. Достигнув Рио-Лаха, он углубился в Анды для изучения вулкана Антуко во время его извержения.

Вернувшись из поездки в Арауканию, И. Домейко обобщил и систематизировал свои этнографические наблюдения, которые легли в основу классического труда по этнографии Южной Америки “Araucania i sus habitantes”. Эта работа послужила толчком для развития не только естествознания в Чили, но и для развития ее истории и социологии. Пожалуй, не было ни одного чилийского этнографа, который бы не опирался на данные этой книги. Ее ценность подтверждается еще и тем фактом, что менее чем через год после ее выхода в свет она вышла повторно в двух редакциях и была переведена на немецкий и польский языки.

Помимо чисто этнографической информации книга содержит также гуманистическую концепцию улучшения условий жизни арауканцев. Автором был предложен путь пропаганды христианских ценностей и просвещения индейского населения через миссионерскую деятельность католической церкви и абсолютный отказ от какого-либо насилия в ходе решения арауканской проблемы. Книга вызвала много споров и критики со стороны разных политических группировок, которые рассматривали военную операцию как единственное средство умиротворения региона.

В 1847 г. И. Домейко отправился на юг в горы Талька для изучение действующего вулкана Дескабесадо (Десятиглавого) во время извержения, покрыв для этой цели расстояние 400 км. В этом же году он был избран членом Высшего Совета университета в Сантъяго.

В 1848 г. И. Домейко пригласили на серебряные прииски Атакамы. На этот раз он ехал в качестве арбитражного судьи для разрешения споров среди горняков, что ему удалось сделать наилучшим образом. Впоследствии с этой же целью его приглашали сюда неоднократно.

Во время своих поездок И. Домейко собрал и систематизировал большое количество полевого материала, богатейшую коллекцию минералов и горных пород, которая легла в основу экспозиции Минералогического музея в Ла Серене, названного его именем. И.Домейко открыл ряд минералов, не известных в Европе. Он тредактировал свои заметки и технические описания, многократно проверял и уточнял оригинальную методику полевых исследований. Результатом этих трудов стало издание двух фундаментальных работ “Tradato de Ensayes” (1845) и “Elementos de Mineralogia” (1849). Обе книги были напечатаны в Ла Серене.

И. Домейко за годы преподавания химии, физики и минералогии в Ла Серене воспитал целую плеяду учеников, помогавших ему в исследовательской работе и продолживших его дело. Для тех из них, кто желал продолжить свое образование, он добивался стипендий в Европе.

Среди научных интересов И. Домейко особое место занимают метеориты. В Чили он считается основоположником их научного изучения. И. Домейко открыл первые образцы внеземного вещества во время своих экспедиций в Атакаме и зоне Тальталь. Его исследования, касающиеся метеоритов, опубликованы во Франции в “Annales des Mines”.

В 1867 г. после смерти Мануэля Антонио Токорналя И. Домейко стал ректором Чилийского университета – третьим по счету в этом учебном заведении. Заняв эту должность, ученый попросил, чтобы его жалование заведующего кафедрой перечислялось для поддержки двух его учеников в Европе, которых он готовил для профессорско-преподавательской деятельности в университете.