La vocación científica del doctor José María Vargas se manifestó también en la botánica. Prestigiosas instituciones europeas conservan en sus colecciones muestras de la flora caraqueña recolectadas por Vargas, que dan cuenta del interés con el que este venezolano forjador de ciencia y de país asumió el estudio de las plantas, especialmente las de uso terapéutico. El suizo Agustín de Candolle, su amigo y colega, le dedicará algunas especies y en su honor denominará Vargasia a un género botánico.
José María Vargas escribió en varias de sus cartas que su verdadera vocación era la de naturalista y que anhelaba disponer de tiempo y cierta holgura económica para regresar a sus tareas botánicas, por las que sentía verdadero deleite. Es posible que este interés de Vargas en el estudio de las plantas surgiera durante el período de su formación médica en Edimburgo y que posteriormente se haya acentuado y, en cierta forma, encauzado, por sus vínculos profesionales con algunos de los científicos europeos de mayor renombre en la especialidad. Uno de estos botánicos, el eminente profesor suizo Agustín de Candolle, estaba preparando un tratado general sobre flora y le pidió a Vargas muestras vegetales de Venezuela para incluirlas en ese estudio. Es así como a partir de 1829 se inició un intenso intercambio científico entre estos dos investigadores y comenzaron a llegar al Herbario de De Candolle muchas plantas caraqueñas colectadas por José María Vargas.Además de esta colección, que se encuentra actualmente depositada en el Jardín Botánico de Ginebra, también hay muestras de nuestra flora colectadas por este venezolano en las universidades de Florencia y de Montpellier, en el Herbario Nacional de Estados Unidos, en el Jardín Botánico de Nueva York y en el Museo Field de Historia Natural de Chicago.