Cette exploration sauvage engagea Émile Burnouf, le Directeur de l'École française d'Athènes, à programmer des fouilles. Leur objectif serait archéologique et vulcanologique. Il obtint le soutien de l'impératrice Eugénie, de passage à Athènes en 1869, à la veille de l'inauguration du canal de Suez. La campagne commença en avril pour s'achever en mai 1870. Elle se déroula dans la minière d'Alafouzos à Thérasia et dans la région d'Akrotiri à Santorin. A Favatas et à Balos, à quelques centaines de mètres à l'Est et au Nord du site fouillé un siècle plus tard par Marinatos, on dégagea de "leur suaire de tuf, les maisons d'une ville plusieurs fois millénaire". Elles reparurent avec "leurs ustensiles de ménage, leurs outils de lave ou d'obsidienne, leurs vases encore pleins d'orge, de seigle, de pois, de lentilles". Un tronc d'olivier vieux de quatre millénaires et quatre-vingt-cinq vases rejoignirent à Athènes les collections de l'École française.

    Menée à la veille de la guerre de 1870 et de la chute de l'Empire, cette prospection eut peu de suites. Après la fouille, Henri Gorceix présenta ses observations sur les éruptions contemporaines devant l'Académie des sciences. Tout en participant au livre de son maître F. Fouqué sur Santorin, il choisit de s'occuper d'autres dossiers. Son compagnon de fouilles, Henri Mamet, n'avait pas un tempérament d'explorateur. Il aimait répéter que "la Grèce est faite pour qu'on y jouisse du soleil en hiver et de l'ombre en été". La découverte faite par les deux hommes embarrassait la communauté scientifique. Le matériel recueilli ne fit l'objet d'une première publication scientifique qu'en 1926. Il ne ressemblait à rien de connu. L'enquête géologique conduisait à le dater dans la première moitié du second millénaire avant notre ère. Cela paraissait incroyable. Les points de comparaison manquaient en 1870. Heinrich Schliemann n'avait pas encore fouillé Mycènes. Arthur Evans ne mit à jour le palais de Cnossos que trente ans plus tard. On affirma longtemps que ces vases étaient le "legs probable d'une population carienne". Ils attestaient "chez les insulaires égéens du XXe siècle avant notre ère, le sens de l'ornementation domestique, le goût du confort, un esprit curieux, éveillé, soucieux d'inventions nouvelles". D'autres savants proclamèrent que l'on avait exhumé l'Atlantide. A. Nicaise fut le premier à développer cette idée en 1885.