W obserwatorium hamburskim poznał swego długoletniego przyjaciela Waltera Baadego oraz Bernharda Schmidta, którego konstrukcje teleskopów potem wykorzystywał. W 1930 został profesorem Uniwersytetu Hamburskiego. Po dojściu Hitlera do władzy, stracił ze względu na żydowskie pochodzenie stanowisko profesora i w 1935 roku wyemigrował do Stanów Zjednoczonych razem z żoną i dziećmi, Evą i Hermannem. Tam od lipca 1935 pracował razem z Baadem w Mount Wilson Observatory. W 1940 otrzymał obywatelstwo USA. Uczestniczył w przygotowywaniu obserwatorium Palomar. Kierował projektem Palomar Observatory Sky Survey, który tworzył atlas fotograficzny północnego nieba z wykorzystaniem teleskopów Schmidta.
Krótko przed przejściem na emeryturę odkrył w 1960 największe znane wówczas (do 1975) przesunięcie ku czerwieni w galaktyce 3C 295. Po przejściu na emeryturę w latach 1961–1965 pracował na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley. Gościnnie wykładał także na University of Wisconsin-Madison.
Prowadził badania pozostałości supernowych, zwłaszcza ich widm spektralnych. Razem z Baadem podzielił je dwa nowe typy: typ 1 i 2. Zidentyfikowali optycznie źródła szeregu sygnałów radiowych, m.in. galaktyki Cygnus A, Perseus A oraz pozostałości supernowych Cassiopeia A, Puppis A.