Waldmeier gründete 1940 das Sonnenobservatorium Arosa und war ab 1945 Direktor der Eidgenössischen Sternwarte Zürich. Er ist vor allem durch seine Arbeiten zur Klassifikation von Sonnenflecken und zum 11-jährigen Zyklus der Sonnenaktivität bekannt.

Sein Schema der Fleckentypen von A bis I (Einzelflecken) über die großen Fleckengruppen vom Typ E und Typ F ist leicht erkennbar und entspricht auch der zeitlichen Entwicklung.

Die "Züricher Sonnenflecken-Skala" unterscheidet Größe und Form der Flecken, ihre Gruppierung, die Bipolarität des Magnetfeldes und das Vorhandensein von Penumbra (Halbschatten). Durch Waldmeier findet sie seit den vierziger Jahren internationale Verwendung: http://www.inter-sol.org/EXAMPL2D.HTM

Den 11-Jahreszyklus der Sonnenflecken-Relativzahl) R versuchte W. als Dissertant durch eine Art Eruptionshypothese zu erklären: nach dem Fleckenminimum steigt R umso rascher, je höher sein Maximum in einigen Jahren sein wird. Die Dauer des Abfalls bis zum nächsten Minimum hängt jedoch von Max(R) ab. Seine Standardwerke vereinigen diese Gedanken mit Resultaten späterer und internationaler Forschung:

Ergebnisse und Probleme der Sonnenforschung Leipzig 1941 / 2.erw.Auflage Geest & Portig, Leipzig 1955, sowie Einfuehrung in die Astrophysik / Basel 1948 ; The sunspot activity in the years 1610 - 1960 / Zürich 1961

Waldmeiers weitere Bücher und Publikationen betreffen allgemeine Themen der Astronomie, Raumfahrt, Radioastronomie, die Wechselwirkungen Sonne - Erde, heliografische Meßmethoden und die Sonnenkorona.