En 1893 se doctoró en Heidelberg, y después trabajó en Leipzig junto con Wilhelm Ostwald.

Estudió el equilibrio de las reacciones gaseosas, en especial la del hidrógeno y el yodo, en 1897.

Mezclaba ambos elementos en un recipiente cerrado, donde previamente había colocado un termostato, manteniéndolo a una temperatura elevada constante.

Utilizando distintas cantidades de reactivos iniciales, Bodenstein podía modificar las cantidades que surgían en el equilibrio, verificando la ley del equilibrio químico, ley propuesta por Cato Guldberg y Peter Waage en 1863.

Bodenstein también investigó en fotoquímica, siendo el primero en demostrar que, en la reacción del hidrógeno con el cloro, el alto rendimiento podía explicarse mediante una reacción en cadena.