i 1890 ‘ erne, inspireret af Giovanni Schiaparellis opdagelse af “kanaler” på Mars, besluttede Lavell at afsætte sin formue og energi til studiet af Mars. Efter nøje overvejelse af ønskelige steder byggede han et privat observatorium ved Flagstaff. Den nu forladte teori om, at intelligente indbyggere i en døende Mars konstruerede et planetomfattende vandingssystem ved hjælp af vand fra de polære iskapper, der smelter årligt. Han troede, at kanalerne var bånd af dyrket vegetation afhængig af denne kunstvanding. Blandt hans mange bøger om dette emne er Mars og dets kanaler (1906). Hans teori, længe kraftigt imod, blev endelig sat til hvile af oplysninger modtaget fra det amerikanske rumfartøj Mariner 4 da det fløj forbi Mars i juli 1965.

tidligt i det 20.århundrede lavede Lavell en udførlig matematisk undersøgelse af Uranus bane. Han tilskrev visse uregelmæssigheder til virkningen af en uset planet ud over Neptun og beregnede dens sandsynlige position. I 1905 organiserede han en systematisk søgning efter planeten af personalet på hans Observatorium, og i 1915 offentliggjorde han sin “Memoir on a Trans-Neptunian Planet.”Fjorten år efter hans død kulminerede søgningen i opdagelsen af Pluto.