Se casó con Ida Charlotte Hammer en mayo de 1905, y no tuvieron hijos.

[5]​ Curiosamente, se constató que "en la mesita de noche había un revólver".

El invento más célebre de Birkeland fue la producción de fertilizantes artificiales para la agricultura mediante un proceso industrial (denominado proceso Birkeland–Eyde) que permite fijar el nitrógeno del aire.

Esto a su vez llevó al establecimiento de la empresa Norsk Hydro en 1905.

Con el fin de reproducir en laboratorio la formación de las auroras boreales, Birkeland ideó un experimento (al que denominó "terrella", diminutivo de la palabra latina "terra", haciendo referencia a que el experimento utilizaba un modelo del planeta tierra en miniatura) en el que una esfera metálica magnetizada era sometida a un intenso campo eléctrico.

Este dispositivo se conserva hoy en día en la Universidad de Tromsø.