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10^-10m를 나타내는 길이 단위인 옹스트롬(Å)은 그의 이름을 따서 명명한 것이다(→ 옹스트롬). 웁살라대학교에서 공부한 그는 1839년 그곳의 사강사가 되었으며, 1858년에 물리학과 학과장직을 물려받았다. 1843년에는 웁살라 천문대의 연구원이 되기도 했다. 그의 가장 중요한 업적은 열전도와 분광학에 관한 것으로, 열전도율을 측정하는 방법을 고안해냈고, 열전도율이 전기전도도에 비례한다는 사실을 증명했다.

1853년에는 전기방전이 2개의 중첩된 스펙트럼을 만들어낸다는 사실을 알아냈다. 그 스펙트럼 중의 하나는 전극(電極)을 이루고 있는 금속으로부터 생긴 것이고 또 하나는 방전광선이 통과하는 기체로부터 생긴 것이다. 그는 오일러의 공명이론으로부터 연소하여 밝은 빛을 발하는 기체는 그것이 흡수할 수 있는 광선과 똑같은 굴절성을 가진 광선들을 방출한다는 스펙트럼 분석의 원리를 추론해냈다. 그는 또 태양 스펙트럼에 대한 연구를 통해서 1862년 수소가 태양의 대기 중에 존재한다는 사실을 발표했다.

1868년에는 표준 태양 스펙트럼 대지도를 출판했는데 그것은 이후 오랜 세월 동안 독보적인 권위를 가지고 있었다. 1867년에는 처음으로 오로라의 스펙트럼을 조사하여 노랑-녹색 영역에서 밝은 선을 발견했다. 그러나 이와 같은 특징적인 선이 황도광에서도 관찰 가능할 것이라고 잘못 생각했다. 그의 아들인 크누트 요한 옹스트룀 역시 분광학을 전공한 물리학자였고, 웁살라대학교에서 교수를 지냈다.