Knudsen er først og fremst kjent for sitt arbeid med molekylære gasstrømninger og utviklingen av Knudsen-cellen. Han har også fått oppkalt flere andre fysikkbegreper etter seg, blant annet Knudsengass (en gass-modell som ser bort fra kollisjoner mellom molekylene) og Knudsen-tall (Kn, engelsk ).