S'interessà per l’estudi de les propietats magnètiques de la matèria. El 1935 dissenyà un electroimant capaç de fornir camps magnètics intensos (actualment, camps de ~23 T), anomenat bobina o solenoide de Bitter, format per la intercalació d’un helicoide pla de coure amb un altre fet d’un material aïllant i un altre de ranurat axialment per al refredament del conjunt; aquesta configuració ha estat emprada sovint. Ideà un mètode (figures de Bitter) per a palesar els dominis d’un material ferromagnètic (domini ferromagnètic), consistent a espargir llimadures de ferro (o magnetita) damunt d’una superfície polida (electrolíticament) d’aquell.