Когда Анри учился в гимназии, будущему ученому встретился талантливый учитель математики и естественных наук, который занимался с Муассаном дополнительно и бесплатно. Анри настолько целеустремленно стал изучать химию, что пренебрег другими предметами и по окончании гимназии в 1870 году не был принят в университет.
После двух лет службы помощником аптекаря он начал работать в Музее естественной истории у химика Эдмона Фреми, а в 1874 году перешел в лабораторию Пьера Дехерена в Высшую политехническую школу. Дехерен уговорил Муассана закончить образование, и тот поступил в Парижский университет, где в 1874 году стал бакалавром, а три года спустя – магистром. В 1880 году Муассану была присуждена докторская степень по неорганической химии за работы об окислах хрома.
В 1882 году Муассан женился на Леони Люган, дочери своего старого друга, аптекаря из Мо. У супругов был один сын. Семья жены обеспечила им финансовую помощь, что позволило ученому продолжать свои исследования, не беспокоясь о заработке. В 1886 году он был избран профессором токсикологии в Высшей фармацевтической школе, а спустя три года стал профессором неорганической химии.
Не обремененный финансовыми заботами, Муассан посвятил себя проблеме, которая в течение 80 лет не поддавалась решению путем химического анализа. Сходство между хлористоводородной и фтористоводородной кислотами свидетельствовало о существовании фтора, химически чрезвычайно активного элемента, принадлежащего к группе галогенов (в которую также входят хлор, бром и йод). Тем не менее все попытки выделить свободный хлор из расплавленных солей фтористых соединений терпели неудачу.
Он стал первым человеком, которому удалось изолировать чистый фтор. Помимо изучения свойств соединений фтора, Муассан разработал технологию получения бора, которая обеспечивала получение чистого (99-процентного) бора по сравнению с ранее получаемым 70-процентным.
Он надеялся также добиться выделения кристаллов алмазов при разложении фторуглеводородов, поскольку алмаз, уголь, графит, ламповая сажа и кокс были известны как различные формы углерода. Несмотря на то, что эти попытки не удались, проведенная Муассаном аналитическая работа по алмазам показала, что они часто содержат примеси железа. Поскольку было известно, что железо растворяет углерод и что алмазы образуются в условиях высокой температуры и высокого давления, Муассан попытался получить алмазы, подвергая высокому давления расплавленное железо, насыщенное углеродом. Он добился высокого давления, погружая расплавленное углеродсодержащее железо в холодную воду. При этом насыщенное углеродом железо расширялось внутри образовавшейся в результате охлаждения железной корки и, таким образом, создавалось высокое внутреннее давление. Муассан претендовал на то, что эта технология обеспечит получение мелких алмазов, однако его надежды не оправдались.
Несмотря на то, что работа Муассана по производству алмазов оказалась бесплодной, разработанная им технология