Buchanan deltog som fysiker, geolog och kemist i Challengerexpeditionen 1872–76. Han uppfann och förbättrade en rad oceanografiska instrument och observationsmetoder. Med en av honom konstruerad vattenhämtare, en föregångare till Nansen-hämtaren, insamlades bl.a. de vattenprover från världshaven som W. Dittmar senare analyserade.