Il est devenu célèbre à 16 ans pour sa théorie des orbites, il fut aussi un pionnier de la photométrie photographique et de l'étude spectrale des étoiles. Il énonça par ailleurs les lois du transport et de l'équilibre radiatif, du mouvement ellipsoïdal des étoiles et découvrit la pression de radiation. On lui doit également des travaux sur la structure atomique et les rayonnements associés dont il identifia la nature quantique. Enfin, il est le premier à avoir trouver une solution aux équations gravitationnelles d'Einstein (en 1916, il démontra que, dans les équations décrivant la gravitation d'une quantité de matière concentrée en un point, il apparaît une singularité), à avoir défini les lois d'interaction entre les champs magnétiques et la lumière, et décrit les phénomènes de courbure des rayons lumineux au voisinage de points gravitationnels, contribuant ainsi à fonder la théorie du trou noir.