发现了土星的两颗卫星——土卫一（Mimas）及土卫二（Enceladus）、天王星的两颗卫星——天卫三（Titania）及天卫四（Oberon）。不过，这些天体要待他死后，才由儿子约翰·赫歇尔命名。威廉·赫歇尔亦编制了一份详尽的“星云”列表，与及一份双星列表。他首先发现大部分双星并非貌合神离的光学双星，而是互相具引力关系的。从研究恆星的自行，他也首先发现太阳系正在宇宙中移动，还指出该移动的大致方向。他亦研究银河的结构，提出银河呈圆盘状。1800年他发现了太阳红外辐射。他当时用温度计测量太阳光谱的