Juntament amb R.B. Bunsen, G.R. Kirchchoff i W. Crookes establí els fonaments de l’anàlisi espectroscòpica. Descobrí espectroscòpicament l'eka-alumini (1875), que ulteriorment D&I. Mendelejev demostrà que era el gal·li; també descobrí el samari (1879) i el disprosi (1886).