Entre otros trabajos, descubrió la relajación paramagnética y fue pionero en física de bajas temperaturas.
En 1946, regresó como profesor a Leiden como sucesor de Willem Hendrik Keesom.
En 1948 reemplazó a De Haas como director del Laboratorio Kamerlingh Onnes, donde permaneció hasta que se retiró en 1973.
Sin embargo, obvió el descubrimiento de la resonancia magnética nuclear, que fue descrita por Joan Henri van der Waals.
[7] Tras la Segunda Guerra Mundial, trabajó con helio II líquido y desarrolló la teoría que se conoce actualmente como bloqueo de Coulomb, que explica el aumento de la resistencia eléctrica en láminas metálicas a bajas temperaturas.