רתיינס, עם שני בני ארצו, ירד מסירה שהביאה אותם לראשונה לתימן בשנת 1927. בהגיעם לחודיידה, קרל רתיינס כתב למשפחתו בהמבורג שכשהוא נכנס לתימן הוא "עזב את הציוויליזציה מאחוריו; אין בנקים, לא בתי מלון ולא שגרירויות. אין מכוניות, וגם לא דרכי אספלט. אין בית דואר בחודיידה; אפשר להשתמש בטלגרף רק בחודיידה ובצנעא. ישנם רק שני בולים בשימוש במדינה והם אינם מוכרים במקומות אחרים מחוץ לתימן. בבתים אין מים זורמים; וגם אין חשמל. בבתי המשפחות כמעט ואין רהיטים. המהפכה התעשייתית לא הגיעה למדינה הזו. מרבית המוצרים מיוצרים בעבודת יד; אין שימוש במכונות ולא בכלים טכנולוגיים". בהשוואה לאירופה, הוא הרגיש כאילו חזר בזמן לימי הביניים. תימן הייתה מבחינתו כמו מסע בזמן של חמש מאות שנה לאחור.
רתיינס ומלך תימן.
כבר בביקורו הראשון התפתחו יחסים טובים עם המלך, האימאם יחיא חמיד אלדין (1864–1948) וחמשת בניו הגדולים, שכולם עבדו בשירות המדינה ושימשו כשרים, או לחלופין שימשו בתפקידים בכירים בבית המשפט. רתיינס גם פיתח מערכת יחסים טובה עם ראש הממשלה, עבדאללה אל עמרי, איתו הוא תקשר באנגלית. היה לו קשר טוב עם שר החוץ, מוחמד רגיב, איתו תקשר בצרפתית. רתיינס ועמיתיו היו האורחים הרשמיים של האימאם יחיא. הם שוכנו בבית ההארחה הרשמי "בביר אל עזב", ליד הרובע היהודי בצנעא. במכתביו לבני המשפחה ולחברים, הוא תיאר שוב ושוב כיצד הוא נהנה מאירוח המלך וחש שחייו בצנעא הם כמו פרק שנלקח מסיפורי "אלף לילה ולילה" .
רתיינס ושני עמיתיו הופקדו על החפירה הארכאולוגית הראשונה בתימן. האימאם יחיא שלח את שלושת החוקרים הגרמנים לחוּקה (Huqqa) כדי לחפור קבר עתיק. רתיינס לא הצליח לשכנע את האימאם ששלושתם אינם ארכאולוגים. שלושת החוקרים הגרמנים יצאו לחוּקה ליד חגה (Hagga) עם משלחת של חמישים חיילים ומפקח. בעזרת חמישים עובדים מקומיים הם חשפו קבר מהמאה השנייה לספירה. רתיינס הניח כי בתימן, תחום הארכאולוגיה נמצא בחיתוליו וכי יש לפתח ולהרחיב אותו. עם זאת, הוא טען כי המחקר צריך להיעשות בצורה מקצועית תוך שימוש בשיטות מדעיות. מסיבה זו רתיינס ביקש מהאימאם יחיא להקים רשות עתיקות וכן מוזיאון בו ניתן לאחסן ולשמור על הממצאים הארכאולוגיים. רתיינס גם הציע לאימאם להזמין מגרמניה צוות הכולל ארכאולוג ופילולוג לשפות שמיות עתיקות על מנת לפקח על החפירות, לתעד את הממצאים ולפענח את הכתובות בשיטות המדעיות המשמשות באירופה.
האימאם היה מוכן לבנות מוזיאון, אך לא הסכים להזמין חוקרים מומחים מאירופה. רתיינס עצמו לימד שופט מקומי כיצד להעתיק כתובות ולתעד פריטים. קאדי בשם סאדיק הועמד על ידי האימאם כמנהלו הראשון של המוזיאון הארכאולוגי. היה זה המוזיאון הארכאולוגי הראשון בחצי האי ערב. המוזיאון בעדן הבריטית הוקם עשור לאחר מכן. לא הייתה זה ההישג היחיד שרתיינס הצליח להשיג. אולם המוזיאון בצנעא לא תמיד היה פתוח. קשיים פוליטיים וכלכליים גרמו לסגירתו. במהלך מלחמת העולם השנייה המוזיאון נסגר, אך שוב נפתח לאחר המלחמה. קלאודי פאיאן (Claudi Fayan) עבדה כרופאה בצנעא בתחילת שנות החמישים והיא יזמה את פתיחת המוזיאון מחדש, וכן פעלה לפתיחת מוזיאון אתנולוגי-תרבותי בצנעא. המוזיאונים נסגרו שוב במהלך מלחמת האזרחים שפרצה בתימן בשנות השישים. פיוטור גרז'יניביץ' (Fiotor Grazjenevitch), שנשלח לתימן מסנט פטרסבורג לעבוד בבית חולים בתעיז, התעניין גם הוא בארכאולוגיה של תימן והיה חלק ממשלחת רוסית שנשלחה לחפור כמה אתרים מצפון לצנעא. הוא גם הפעיל לחץ לפתיחתו מחדש של המוזיאון הארכאולוגי בצנעא.
רתיינס נדהם מכך שלא קיים שום גוף ציבורי שיפקח על הסחר בשוד העתיקות בשווקים של צנעא, תעיז, חודיידה, עמראן, דמאר וצעדה. הוא הבחין בסוחרים בשווקים שמכרו לתיירים פריטים עתיקים ללא חשש. יתר על כן, הוא היה עד לשיחות עם סוחרים זרים ותיירים שהזמינו פריטים ספציפיים מאזור מסוים, ובכך גרמו לתושבים לחפור ולשדוד קברים עתיקים ואת האוצרות שהכילו ולהציע את הפריטים למכירה בשוק. רתיינס היה משוכנע שצריך להפסיק את סחר העתיקות ושיש לתעד ולשמור את כל הממצאים והתגליות תחת פיקוח השלטונות במדינה. בנוסף, רתיינס סבר כי על המורשת התרבותית הקדם-אסלאמית להיות חלק מתוכנית הלימודים בהיסטוריה בבתי הספר, ושיש ללמד את המקומיים אודותיה. עקב כך, המליץ לאימאם יחיא לפרסם תקנה האוסרת על הוצאת עתיקות מהארץ. ראש הממשלה ושר החוץ תמכו בדעתו והמליצו על כך לאימאם לטובת המדינה. האימאם הסכים, ובשנת 1931 פרסם צו האוסר על מכירה וייצוא של עתיקות מבלי לקבל תחילה היתר בכתב. יוזמה זו נתפסה כצעד חשוב גם בעיני גורמים נוספים באזור.
קרל רתיינס גם יזם הקמת תחנה מטאורולוגית. האימאם הסכים לפרויקט שלו והציע לו להיות אחראי על הקמת התחנה. הוא קיבל חמישים חיילים שיסייעו לו. רתיינס התחיל בשרטוט התוכנית של הבניין, אך נאלץ לחפש עצים וחומרי בנייה נוספים במחוזות הרחוקים מצנעא ולהעביר אותם לעיר הבירה. הוא הזמין קש לכיסוי גג המבנה מאזור חודיידה. התחנה הוקמה תוך מספר חודשים בלבד. תחנת "Wetter Dienst" ("השירות המטאורולוגי") בהמבורג תרמה מכשירי מדידה רבים שאותם הביא רתיינס לתימן. בתחנה אספו רתיינס ותלמידיו נתונים על רוח, אקלים, טמפרטורות ומשקעים שלוש פעמים ביום. התוצאות נשלחו באמצעות טלגרף לתחנת שירות מזג האוויר בהמבורג. זה היה חידוש נוסף שהביא רתיינס לתימן ותרם למודרניזציה של המדינה. על אף שרתיינס לא היה הראשון שאסף מידע על מזג האוויר והאקלים בתימן, ניתן לראות את עבודתו כחלוצית במובן זה שהמדינה יזמה ותמכה בה. נתונים מסוג זה נאספו בעבר על ידי חוקר קודם, קרסטן ניבור, שבשנת 1763 מדד את הטמפרטורות והמשקעים בשבועות הראשונים שלו בתימן. אדוארד גלזר, שבילה יותר זמן בצנעא וביקר בתימן בסוף המאה ה -19, הביא מגרמניה גם מכשירים למדידת הטמפרטורה, הלחות והמשקעים. גלזר עשה זאת מהמרפסת של בית ההארחה בו התגורר. בעוד שעבודתם של ניבור וגלזר בתחום זה הייתה חלוצית, משך עבודתם היה קצר ועל כן לא ניתן היה להשוות את נתוניהם לנתונים שהיו יכולים להיאסף במשך תקופה ארוכה יותר. אולם תוכניתו של רתיינס הייתה שהעבודה בתחנה תימשך תקופה ארוכה. לצורך כך, הוא הכשיר מספר מקומיים כדי שיאספו ויעבירו את הנתונים.
רתיינס היה לעזר גם בשיפור שירותי הדואר והתקשורת של תימן. רתיינס הציע לאימאם יחיא לרשום את ארצו ב"איגוד הדואר והטלגרף הבינלאומי". האימאם הורה למנהל הכללי בסניף הדואר של צנעא לסייע לו במאמצים אלה, בזמן שרתיינס נסע לברלין להזמין בולים חדשים שיוכרו גם מחוץ לתימן. לאחר סיום ההכנות המקדימות לסניף הדואר החדש, הגיש רתיינס בקשה לצרף את תימן תחת חסות האימאם כחברה באיגוד הדואר והטלגרף הבינלאומי. תימן הצטרפה לרשת התקשורת העולמית והפכה לחברה בשנת 1931, המדינה הראשונה בחצי האי ערב שעשתה זאת.
האימאם חיבב את קרל רתיינס וסמך עליו. הוא ראה ברתיינס שגריר טוב של תימן באירופה. האימאם התעניין בייבוא חיטה מאירופה, מכיוון שתימן סבלה מכמה שנים של רעב קשה. הוא גם היה מעוניין מאוד בכך שרתיינס ישמש לו כיועץ לרכישת נשק באירופה, כמו גם מוצרים תעשייתיים אחרים שיעזרו במודרניזציה של ארצו. רתיינס היה מעוניין מאוד בכך שגרמניה תפתח יחסי ידידות עם תימן וששתי המדינות ירחיבו את סחר החליפין ביניהן. תימן הייתה מוטרדת מכיוון השלטונות הבריטיים בגבולה הדרומי והאימאם חשש שהבריטים יתקיפו יום אחד את ארצו. בתנאים אלה עודד רתיינס את משרד החוץ הגרמני לחתום על הסכם הגנה הדדית עם תימן.
בתימן חקר רתיינס את המערכת הפוליטית והמשפטית של אנשי החצר, כולל המאפיינים הדמוגרפים של תימן, ויידע את קוראיו על המיעוטים שחיים במדינה, ועל מעמדם החברתי והמשפטי. הוא הקדיש סקירה מיוחדת לקהילה היהודית בתימן, בספר שכותרתו "אדריכלות יהודית בצנעא, תימן", ספר המפרט את ההיסטוריה והתרבות בדור האחרון, הכולל את תיעוד המלאכות והתרבות החומרית של היהודים בצנעא.
יהודי תימן.
רתיינס התעניין באופן אישי ביהודי תימן, צילם אותם וכתב על הרובע היהודי והארכיטקטורה שלו. במהלך ביקורו של רתיינס אצל הרב הראשי (בשנת 1927 או בשנת 1931), הוא העתיק את שמות העיירות והכפרים שהתיישבו בהם יהודים בתימן מתוך רשימה שהרב העמיד לרשותו שנלקחה מרישומי המס, שעליהם הופקד הרב ועליהם נתן דין וחשבון למלך. בסך הכל הוא מנה 371 קהילות יהודיות בתימן.
משפחתו.
בנו של רתיינס, קרל רתיינס, הצעיר (1914–1994), היה גיאומורפולוג, שהתמחה בחקר קרחונים אלפיני והכיר היטב את המזרח, במיוחד את אפגניסטן.
מורשתו.
האוסף של רתיינס כולל למעלה מ -2,500 פריטים אתנוגרפיים יהודיים. הוא הציע לגברת הדסה קלברי-רוזנבליט מהסוכנות היהודית בארץ-ישראל לקנות ממנו את הפריטים שהיו מהם מספר עותקים. היא העבירה את הצעתו לאוניברסיטה העברית שקנתה ממנו כמעט 2,000 פריטים. רתיינס תרם רבות לשימור התרבות התימנית בקרב יהודי תימן בארץ ישראל. בזכות פעילותו, התאפשר קיומן של תערוכות והרצאות על התרבות היהודית התימנית העשירה, תוך כדי הצגת התלבושות והתכשיטים.
באוסף שלו נמצאים כארבעת אלפים תצלומים (פוזיטיב ונגטיב), שהם האוסף החזותי הגדול ביותר שנעשה עד כה על ידי חוקר יחיד בתימן, ומתעדים את המדינה ואנשיה בתקופת שלטונו של האימאם יחיא חמיד אלדין ומתארים עולם ותרבות שכבר מזמן נעלמו ואינם עוד.