Pierre-Noël Mayaud entre dans la Compagnie de Jésus en 1941, et suit parallèlement à sa formation des études universitaires de physique. Alors qu'il se prépare à prendre la responsabilité de l'observatoire astronomique de Shanghai géré par les Jésuites, il est invité à faire partie de missions polaires en Terre Adélie. En tant que géophysicien, Pierre-Noël Mayaud a étudié notamment les composantes des variations temporelles du champ géomagnétique externe.
Selon Jean-Louis Le Mouël et Vincent Courtillot, ancien directeur et directeur de l'Institut de physique du globe de Paris, membres de l'Académie des sciences, « Pierre-Noël Mayaud était le chercheur qui avait la connaissance la plus vaste, la plus approfondie, de la superposition complexe de phénomènes divers qu'est le champ géomagnétique d'origine externe » (Le Monde, ).
À partir de 1978, il se consacre à la demande la Compagnie de Jésus à l'histoire et la philosophie des sciences. Il deviendra l'un des plus grands spécialistes de l'« affaire Galilée, » poursuivant pendant vingt ans un travail monumental, aboutissant en 2005 à la publication de l'ouvrage Le Conflit entre l'astronomie nouvelle et l'Écriture sainte aux XVIe et XVIIe siècles : un moment de l'histoire des idées autour de l'affaire Galilée, une somme de plus de 3000 pages couronnée par un prix de l'Académie des sciences morales et politiques[3].
A hundred year series of geomagnetic data 1868-1967, International Union of Geodesy and Geophysics 1973
Le Problème de l'individuation, recueil d'articles, Vrin 1991, avec Annie Bitbol-Hespériès
La condamnation des livres coperniciens et sa révocation à la lumière de documents inédits des Congrégations de l'Index et de l'Inquisition, Université Grégorienne, 1997[5]
Le conflit entre l'astronomie nouvelle et l'écriture sainte aux XVIe et XVIIe siècles : un moment de l'histoire des idées : autour de l'affaire Galilée, Paris, H. Champion, (ISBN9782745311269)