Der in Basel geborene Piccard besuchte das untere Gymnasium und die obere Realschule in Basel. Im Herbst 1902 erwarb er das Reifezeugnis. Zwischen 1902 und 1903 studierte er Mathematik und Naturwissenschaften an der Universität Basel. Im Herbst 1903 begann er an der chemischen Schule des eidgenössischen Polytechnikum in Zürich (ETH Zürich). Das Vordiplom inklusive Mathematik bestand er 1905 und technischer Chemiker wurde er im März 1907. Für die nächsten vier Semester arbeitete er für Richard Willstätter. 1909 war Piccard eine der ersten sechs Personen, die an der ETH Zürich promovierten. Um 1913 arbeitete er an der Königlichen Akademie der Wissenschaften zu München.
Piccard entwickelte 1933 den Ballon «Century of Progress» und später sehr dünne Ballonhüllen aus Polyethylen. Ebenso verbesserte er Flüssiggassysteme zur Sauerstoffversorgung in grossen Höhen. Auch war er massgeblich an der Entwicklung von unbemannten Ballons für die Höhenforschung beteiligt.
«Century of Progress» brach im November 1933 mit 18'665 Metern (61'237 Fuss) den Höhenrekord in die Stratosphäre, der Piccards Zwillingsbruder Auguste Piccard am 18. August 1932 (16'201 Meter) gelang. Am 23. Oktober 1934 war Jean Piccard «wissenschaftlicher Direktor» einer Ballonfahrt auf 17'550 Meter (57'579 Fuss). Pilotiert wurde der Ballon von seiner Frau Jeannette Piccard, die im Juli 1934 die erste Lizenz für eine Ballonpilotin in den Vereinigten Staaten erhielt. Sie war bis zum Flug der Kosmonautin Walentina Wladimirowna Tereschkowa die einzige Frau in der Stratosphäre.
Aus der Ehe mit Jeannette Piccard, geborene Ridlon, gingen drei Söhne hervor. Der 1926 geborene Don Piccard war nach 1960 für die Wiederbelebung des Heissluftballonfahrens verantwortlich.
Über die auxochrome Wirkung der Amidogruppe und der Amidophenylgruppe. Band42, Nr.11, 2. Oktober 1909, S.4332–4341, doi:10.1002/cber.19090420421.
Über eine Reaktion auf mehrwertige Säuren und über eine neue Reaktion auf Titan. Band42, Nr.11, 2. Oktober 1909, S.4341–4345, doi:10.1002/cber.19090420422.
Über holo- und meri-chinoide Salze des Benzidins. Entgegnung an Hrn. Madelung. Band44, Nr.1, 1911, S.959–960, doi:10.1002/cber.191104401139.
Über Farben zweiter Ordnung und über holo- und meri-chinoide Salze. Band46, Nr.2, 23. Mai 1913, S.1843–1860, doi:10.1002/cber.19130460293.
Über holo- und meri-chinoide Salze des Benzidins. Erwiderung auf die Entgegnung des Hrn. Madelung. Band46, Nr.2, 1913, S.1860–1862, doi:10.1002/cber.19130460294.