I januar 1893 ble Birkeland ansatt ved Det Kongelige Fredriks Universitet som stipendiat. Etter kort tid ble han tildelt et stipend for å studere i utlandet. Han var interessert i å studere de teoretiske sidene ved Maxwells ligninger, samt radiobølgeutbredelse. Først dro han til Paris og fikk en forskerstilling under fysikeren og matematikeren Henri Poincaré (1854–1912). Poincaré holdt han kontakt med helt til hans død i 1912.