La figura di Fontana è caratterizzata da un’estrema versatilità, che gli permise di occuparsi di temi disparati, tra i quali la fisica, la chimica, l’anatomia, la fisiologia, o la patologia vegetale. Tratto comune della sua produzione scientifica è l’approccio rigorosamente sperimentale, spesso fondato su indagini microscopiche. Le memorie sui periodici e le monografie pubblicate da Fontana nel corso della sua vita possono essere aggregate intorno ad alcune grandi aree tematiche. Per una trattazione più approfondita delle singole opere, si rimanda alle relative schede descrittive.
Nella fase iniziale della sua attività scientifica, al fianco di Leopoldo Marc’Antonio Caldani, Fontana si dedicò alla fisiologia sperimentale e alla verifica della dottrina dell’irritabilità di Albrecht von Haller. Frutto di questo interesse è la sua prima opera, la Dissertation épistolaire addressée au R.P. Urbain Tosetti, terminata nel 1757 ma pubblicata in francese tre anni più tardi. Fondato su esperienze di stimolazione elettrica, ma anche su esperimenti farmacologici, il lavoro costituisce una prima sistemazione delle idee di Fontana, rivedute negli anni successivi. Le ricerche sull’irritabilità halleriana lo portarono a interessarsi del fenomeno fisiologico discusso nel volumetto Dei moti dell’iride (1765). Con una serie di esperimenti, Fontana identificò i fenomeni che sarebbero stati poi denominati riflessi pupillari e li classificò come moti volontari irresistibili. Un nuovo ordinamento delle ricerche sull’irritabilità giunse con il trattato De irritabilitatis legibus (1767). Nelle pagine di quest’opera, che ebbe un’ampia circolazione tra i fisiologi del tempo, Fontana propose cinque leggi desunte dalle sue osservazioni sperimentali. Nel 1775, il testo latino fu rivisto e tradotto in italiano nelle Ricerche filosofiche sopra la fisica animale, che contenevano però anche nuove indagini sull’attività cardiaca.
Le osservazioni microscopiche di Fontana si rivolsero anche alla morfologia dei globuli rossi (Nuove osservazioni sopra i globetti rossi del sangue, 1766) e alla patologia vegetale. Le Osservazioni sopra la ruggine del grano (1767) affrontavano il problema delle carestie, con una chiara finalità sociale, ma connesso all’agricoltura era anche il Saggio di osservazioni sopra il falso Ergot, o Tremella (1775), nel quale Fontana studiò i parassiti del grano osservandone i fenomeni di morte apparente. Di parassitologia, questa volta in campo animale, Fontana si occupò anche in una lettera a Jean Darcet pubblicata nel 1782.
Un ulteriore campo di studi al quale Fontana si dedicò con passione fu quello della chimica. Tra gli anni Settanta e Ottanta, si interessò particolarmente alla chimica dei gas e, fedele alla teoria del flogisto, analizzò la composizione delle arie. Nel 1775 uscirono così a Firenze le Ricerche fisiche sopra l’aria fissa, opuscolo di indagini sull’anidride carbonica più volte ristampato e tradotto. In quello stesso anno, Fontana pubblicò una descrizione di strumenti per misurare la salubrità dell’aria il cui utilizzo, nelle sue intenzioni, avrebbe portato benefici nel campo della salute pubblica. Durante il soggiorno parigino comparvero invece le Recherches physiques sur la nature de l’air nitreux et de l’air déphlogistiqué(1776), che riprendevano gli studi già compiuti in Italia e verificavano le tesi di Joseph Priestley. La permanenza in Francia produsse inoltre studi chimici sugli alcali e sulla composizione della malachite, insieme a una memoria di chimica biologica. Dopo essersi spostato a Londra, Fontana proseguì le sue ricerche di chimica pneumatica e nel 1779 presentò alla Royal Society due lavori sulle arie estratte dall’acqua e sulla respirabilità dell’aria infiammabile, tema di cui tornò a occuparsi anche in seguito. Tra il 1779 e il 1782 intervenne a due riprese nel dibattito sulla trasformazione dell’acqua in terra, arrivando a negarne la possibilità, mentre a partire dal 1785 fu coinvolto in un’aspra polemica sull’interpretazione da dare alle esperienze di Antoine Lavoisier e Jean-Baptiste Meusnier sulla composizione dell’acqua. Non va però dimenticato quello che è forse il principale contributo di Fontana alla chimica pneumatica, vale a dire la scoperta dell’assorbimento delle arie da parte del carbone di legna, oggetto della Lettera al Sig. Adolfo Murray professore d’Anatomia a Upsal, pubblicata nel 1782 nelle “Memorie” della Società italiana delle scienze.
L’opera più celebre di Fontana, che ebbe notevole risonanza internazionale ed è ancora oggi considerata uno dei classici della tossicologia, è il Traité sur le vénin de la vipère. Stampato in francese nel 1781, il trattato fu successivamente tradotto in italiano, inglese e tedesco. Le sue radici affondavano negli esperimenti tossicologici svolti a Pisa nei decenni precedenti e resi noti già nel 1767 nelle Ricerche fisiche sopra il veleno della vipera. Con la nuova opera, Fontana fu in grado di correggere e affinare le sue tesi nel contesto di un’esposizione complessa e articolata, che si occupava dell’anatomia della vipera e dell’azione dei veleni, fino ad arrivare a una sezione dedicata a indagini istologiche condotte al microscopio.
Nell’ultima fase della sua vita, la realizzazione di cere anatomiche e di modelli anatomici decomponibili in legno occupò gran parte del tempo di Fontana. La sua produzione scientifica non si arrestò, anche se non raggiunse più i livelli di originalità degli anni precedenti. È a questo periodo che data un lavoro di embriologia che prendeva una chiara posizione contro l’ipotesi del preformismo (Lettera ad un amico sopra il sistema degli sviluppi, 1792). Le ultime pubblicazioni di Fontana si rivolsero invece alla fisiologia botanica, con un’analisi delle capacità rampicanti dell’Ipomaea hispida e una verifica dell’esistenza di un calore naturale nelle piante.
