Достижений Томатиса множество. Он был первым, кто понял суть физиологии слушания в отличие от понятия слуха. Он прояснил значение преимущественно роли правого уха в контроле речи и музыкальных способностей и разработал специальные методы для повышения его функций. Сделал открытие, которое состоит в том, что «голос может воспроизвести только то, что ухо способно услышать», теорию, которая широко применяется в развитии человеческой речи. Над ней сначала иронизировали, а затем она стала общепризнанной и был зарегистрирован «эффект Томатиса» во Французской академии медицины. Он разработал новую модель человеческого уха и вестибулярной системы, а также показал ее влияние на способности человека балансировать и регулировать мышечные перемещения.

Однако его самым существенным вкладом в науку было распознавание того, что эмбрион человека обладает способностью слышать звуки, находясь в утробе матери.

Когда Томатису было едва за тридцать, научное любопытство привело его в мир эмбриологии, где он обнаружил, что голос матери служит невидимой звуковой связью для развивающегося плода и существенным источником питания. Далее это привело к разработке специальной методики, которую он назвал «второе звуковое рождение». Суть ее состоит в том, чтобы воспроизвести звуки, которые плод слышал в утробе, для того чтобы дать дальнейшее развитие слуховым и эмоциональным способностям ребенка с целью устранения всевозможных заболеваний.

Эта история начиналась в начале 1950-х годов, когда Томатису стало известно о новаторской работе английского педагога В. Е. Негуса. Он обратил внимание на то, что птенцы, которые попадают в гнезда других птиц, перестают петь или начинают подражать звукам птиц, которые их выращивают. Это натолкнуло Томатиса на мысль исследовать роль звуков в развитии плода и задаться вопросом, не связаны ли проблемы послеутробного развития, в особенности аутизм и проблемы с развитием языка и речи, с нарушениями внутриутробного общения или внутриутробными травмами.