严济慈在压电晶体学、光谱学、大气物理学和应用光学等方面做出重要成果。他精确测定了居里压电效应“反现象”,发现了光双折射效应;系统研究了水晶圆柱体施加扭力起电现象,发现水晶扭电定律;深入研究了碱金属蒸气等光谱,发现轴向对称的分子有效截面数值和费米莱因斯伯格方程不符,并为原子物理学中的斯塔克效应等提供了丰富的实验证明;在大气物理学的臭氧层测试研究中,他精确测定了臭氧紫外吸收系数,被世界各国气象学家使用达30年之久;他还研究了压力对照相乳胶感光性能的影响,发现压力能减弱乳胶感光性能。