Alrededor de 1857, Kirchhoff descubrió que la velocidad de una corriente eléctrica en un cable altamente conductor es independiente de la naturaleza del cable y es prácticamente igual a la velocidad de la luz; aunque Kirchhoff asumió que era una coincidencia y no una ley de la Naturaleza, como Maxwell estableció 5 años más tarde al demostrar que la luz es una radiación electromagnética.

Kirchhoff fue un pionero en la investigación de la radiación del cuerpo negro (término que acuñó en 1862), que, posteriormente (1900, Max Planck), fue el origen de la Física Cuántica.

Basándose en los resultados previos de Fraunhofer (1787-1826) en la investigación sobre el espectro del Sol, Kirchhoff y Bunsen desarrollaron instrumentación para estudiar los espectros de sustancias químicas puras, demostrando que cada una de ella tiene un espectro único (1859). De esta manera fundaron el área de la Espectroscopía; una ciencia fundamental en la caracterización e identificación de sustancias químicas. Kirchhoff y Bunsen estudiaron el espectro del Sol en 1861, identificando un nuevo elemento, el helio (Z = 2). Con estas investigaciones comenzó la aplicación de la Espectroscopía al estudio de los astros. También descubrieron otros dos nuevos elementos el cesio (Z = 55) y el rubidio (Z = 37) usando métodos espectroscópicos.