Aunque no realizó hallazgos de primer orden, Antonio Casares estuvo al tanto de los principales avances científicos de su tiempo y contribuyó decisivamente a su estudio y su propagación. Fue pionero en España en el uso de diversos descubrimientos en campos como la medicina, la química y la física.
Anestesia. El científico monfortino promovió en diciembre de 1847 una de las dos primeras operaciones quirúrgicas realizadas con cloroformo en España. Casares se encargó de sintetizar el anestésico. La operación tuvo lugar en Santiago -la otra se hizo en Barcelona casi al mismo tiempo- cuando había transcurrido poco más de un mes desde las primeras experiencias quirúrgicas con cloroformo, realizadas en Edimburgo por el médico escocés James Young Simpson. Asimismo, Casares estuvo entre los primeros que trabajaron en la síntesis y el uso anestésico del éter.
Electricidad. La primera experiencia de iluminación con luz eléctrica realizada en España fue obra de Casares. Se llevó a cabo con un arco voltaico el 2 de abril de 1851 en el claustro de la actual Facultad de Geografía e Historia de Santiago. El 150 aniversario de este experimento fue conmemorado por la USC en el 2001 con la exposición histórica A noite está varrida da terra.
Espectroscopia. Casares está considerado como el introductor en España de esta técnica, desarrollada en Alemania en 1860 por Robert Bunsen y Gustav Kirchhoff. En 1864, mediante el análisis espectroscópico, detectó en diversas aguas minerales la presencia de los metales alcalinos rubidio y cesio, descubiertos por los mencionados científicos.
Mineralogía. Entre los múltiples intereses de Antonio Casares estuvo también el estudio de los minerales. En 1851 descubrió la morenosita y la zaratita, identificadas por primera vez en los cantiles de Cabo Ortegal.
Aguas minerales. El estudio de las propiedades terapéuticas de las aguas minerales ocupa una parte importante en la actividad científica de Casares. En 1837 publicó sus primeros análisis de los manantiales de Caldas de Reis y Cuntis. Posteriormente estudió las aguas minerales de A Toxa, Mondariz, Sousas, Arteixo y O Incio -entre otros lugares-, contribuyendo al desarrollo del termalismo en Galicia.
Viticultura. A Antonio Casares se le debe también la primera catalogación científica de las variedades gallegas de uva. En 1843 publicó el trabajo Observaciones sobre el cultivo de la vid en Galicia, considerado como el estudio más importante sobre la viticultura gallega anterior a la gran plaga de la filoxera, que se propagó en el noroeste ibérico en 1882.