查普曼被认为是在1930年率先对行臭氧层光化学机制进行研究之人。查普曼也被公认为是日地物理学先驱之一，这方面的兴趣源于他早期对气体的分子运动理论的研究。他还研究过磁暴和极光，发展出通过地磁场与太阳风之间相互作用的关系来解释它们的理论。他曾质疑和嘲笑过挪威地球物理学家克雷斯蒂安·伯克兰（Kristian Birkeland）和汉尼斯·阿尔文（Hannes Alfven）的研究，但后来又采纳了伯克兰的理论。查普曼和他的学士后学生费雷罗（V. C. A. Ferraro）在20世纪30年代初就预示过磁层的存在