En 1894 fundó el Laboratorio Criogénico de Leiden, que actualmente lleva su nombre.
Investigó los efectos del frío extremo en numerosos gases y metales.
En 1908 consiguió licuar helio a baja temperatura por primera vez, aunque no consiguió solidificarlo, hecho que sucedió en 1926 de la mano de sus discípulo Willem Hendrik Keesom.
Al disponer una corriente eléctrica internamente en un anillo de mercurio solidificado, la corriente eléctrica fluía intensamente y sin perder un ápice de su potencia si la temperatura no sobrepasaba aquel valor.
Este prodigio se denomina superconductividad, y después de Kamerlingh se demostró que otros elementos y aleaciones de varios también eran superconductores a temperaturas cercanas al cero absoluto.