Rinne sé obair réabhlóideach i anailís speictreach, agus rinne sé turgnaimh le grianghrafadóireacht réalaíoch. D'aimsigh sé ionstraimí dá chuid staidéir, lena n-áirítear an micreaméadar chun grianghraif a thomhas, meaisín chun gratings difrasaíochta rialaithe feabhsaithe a tháirgeadh, agus an chéad teileascóp a dearadh go sonrach le haghaidh astrophotography. Ag baint úsáide as a chuid ionstraimí, d'éirigh le Rutherfurd bailiúchán ardchaighdeáin grianghraif den Ghrian, an Ghealach, agus na pláinéid, chomh maith le cnuasach réalta agus réaltaí síos go dtí an cúigiú méid a tháirgeadh. I 1862, thosaigh sé ag déanamh staidéir speictroscópúla ag baint úsáide as a ghráta difrasaíochta nua. Thosaigh sé ag freastal ar ranganna difriúla de réaltaí speictreacha, a leathnaigh Angelo Secchi i mí Dheireadh Fómhair 1867 ar liosta de cheithre ranganna réaltaí réalaíocha.
grianghrafadóireacht neamh