Pettersson ble utdannet som atomfysiker ved Instituttet for radiumforskning i Wien. Hans første vitenskapelig publikasjon i 1910 handlet om radium. Det var med disse kunnskapene at han senere ble oseanograf. Ved hjelp av radium kunne prøver av sedimenter som ble plukket opp fra havets bunn dateres. Pettersson ble den første professor i oseanografi i Sverige og opprettet i 1938 Oceanografiska institutet ved Stigbergstorget i Göteborg, gjort finansielt mulig ved støtte fra Knut og Alice Wallenbergs stiftelse. Han var også forstander av Bornös hydrografiske feltstasjon, som hadde blitt opprettet i 1902 av hans far og Gustaf Ekman. Pettersson var professor i oseanografi ved Göteborgs universitet fra 1930 til 1956.