resultaterne af brun ‘ s Australske tur blev delvist offentliggjort i 1810 i Prodromus Florae Novae Hollandiae et Insulae Van Diemen, en klassiker af systematisk botanik og hans store arbejde. Selvom publikationen lagde grundlaget for Australsk botanik, mens den forfinede de fremherskende systemer til planteklassificering, blev brun skuffet over sit lille salg og offentliggjorde kun et bind. Brun ‘ s nøje observation af minut, men væsentlige detaljer blev også vist i sin publikation om plantefamilien Proteaceae, hvor han demonstrerede, hvordan undersøgelsen af pollenkornskarakterer kunne hjælpe med klassificeringen af planter i nye slægter. I 1810 udnævnte Banks brun til sin bibliotekar og testamenterede ham i 1820 sin omfattende botaniske samling og bibliotek. Brun overførte dem til British Museum i 1827, da han blev keeper af sin nyoprettede botaniske afdeling.

i 1828 offentliggjorde brun en pjece, en kort redegørelse for mikroskopiske observationer…, om hans observationer af den “hurtige oscillerende bevægelse” af en række mikroskopiske partikler. Han registrerede, at efter at have bemærket bevægelige partikler (nu kendt for at være amyloplaster, organeller involveret i stivelsessyntese) suspenderet i levende pollenkorn af Clarkia pulchella, undersøgte han både levende og døde pollenkorn fra mange andre planter og observerede en lignende bevægelse i dem alle. Brun eksperimenterede derefter med organiske og uorganiske stoffer reduceret til et fint pulver og suspenderet i vand. Hans arbejde afslørede den tilfældige bevægelse for at være en generel egenskab ved materie i denne tilstand, og fænomenet har længe været kendt som brunisk bevægelse til hans ære.

i 1831, mens han undersøgte befrugtningsmekanismerne for planter i Orchidaceae-og Asclepiadaceae-familierne, bemærkede han eksistensen af en struktur i orkideernes celler såvel som mange andre planter, som han kaldte cellens “kerne”. Selvom hans ikke var de første observationer af cellekerner, er hans betegnelse af udtrykket vedvarende. Hans observationer vidner om rækkevidden og dybden af hans banebrydende mikroskopiske arbejde og hans evne til at drage vidtrækkende konklusioner fra isolerede data eller udvalgte strukturer.Brun blev valgt til medlem af Royal Society i 1810 og fungerede som præsident for Linnean Society fra 1849 til 1853. En række Australske plantearter, herunder brun banksia (Banksia brun) og brun kasse (eukalyptus brun), er opkaldt efter ham.