Решающая научная битва произошла в небесной сфере, и главным ее оружием был телескоп. Первые заслуги Гюйгенса связаны с продолжением дела Галилея и решением задач, возникших в результате наблюдений за Сатурном. В самых простых изображениях звездного неба мы видим три символа: окружности, обозначающие спутники или планеты, многоугольники с разным количеством углов — звезды, и круги вокруг кольца. Этот последний символ появился позже остальных и был введен именно Гюйгенсом в 1656 году. Разрешение его телескопа не позволяло различить кольца Сатурна, и заслуга ученого состоит в том, что он смог эти кольца представить, ведомый лишь собственным опытом и знаниями. Также Гюйгенс открыл первый спутник этой планеты, Титан, и с удивительной точностью установил масштаб Солнечной системы. Его открытия были плодом длительных теоретических изысканий. Гюйгенс изучал небо при помощи своих телескопов, но прежде чем сконструировать приборы, он сформулировал законы геометрической оптики, определяющие траекторию лучей света, проходящих через ряд линз. Эта теоретическая основа помогла ученому максимально использовать возможности инструмента. Он разработал составные линзы, корректировавшие сферическую аберрацию, и микрометр, превращавший телескоп в измерительный инструмент. В 1660-х годах к Гюйгенсу пришло понимание, что его знания о такой материи, как свет, на первый взгляд довольно глубокие, на самом деле оставались поверхностными и описательными. Тогда ученый начал исследовать природу этого явления. Его подход открыл дорогу весьма смелой теории, которая сегодня считается зачатком волновой модели света и на основе которой смогли оформиться более сложные концепции Френеля, Юнга и Максвелла. Гюйгенс считал, что свет — это волна, которая расходится кругами (на самом деле сферическими волнами). Возбуждение частиц света передается глазу наблюдателя посредством длинной цепи столкновений между частицами материи. Так называемый принцип Гюйгенса стал примером тонкого математического подхода к физическим явлениям и использовался в качестве теоретической основы для понимания загадочного поведения исландского шпата. Эта разновидность прозрачного кальцита, обнаруженная в рудниках Хельгустадира, демонстрирует феномен двойного лучепреломления: проходя через минерал, луч света раздваивается.
Хотя исследования Сатурна и света обеспечили ученому долгую славу, больше всего сам Гюйгенс гордился созданием маятниковых часов. Об этом приборе начинал задумываться еще Галилей, но ему не удалось сконструировать достаточно надежный механизм. Гюйгенс рассмотрел вопрос со всех точек зрения; он не ограничился чисто механическим подходом, а провел настоящие инновационные исследования в области физики и математики.
