Parallelt med denne aktiviteten hadde Paschen bygd opp fasiliteter for å studere Zeeman-effekten. Denne opptrer når et emisjonsspekter påvirkes av et svakt, ytre magnetfelt som forårsaker en oppsplitting av linjene. Sammen med sin assistent Ernst Back viste Paschen i 1912 at oppsplittingen av linjene til hydrogen i et enda kraftigere magnetfelt fulgte et ganske annet mønster. Dette er Paschen-Back-effekten som først ble skikkelig forstått med fremveksten av moderne kvantemekanikk.