Emmanuel Lellouch travaille à l'observatoire de Paris. Il y étudie principalement les atmosphères des planètes et de leurs satellites grâce notamment à la spectroscopie infra-rouge et millimétrique. Il a fait d'importantes contributions aux observations des atmosphères de Pluton, Triton, et Io, à la mesure des vents sur Vénus et Mars, et à la détection d'eau sur les planètes externes du système solaire.
Il a aussi étudié les surfaces des planètes et les comètes, il a été et est toujours chercheur ou associé chercheur aux expériences menées par plusieurs sondes spatiales telles Phobos, Galileo, ISO, Cassini, Mars Express, Rosetta, Herschel.
Il est co-auteur du chapitre sur les transits d'exoplanètes.
