Han fikk først interesse for faget etter en forelesning av Tor Bergeron (1923). Petterssen ble cand.real. (1926) og dr.philos. (1933), og ansett som en del av Bergensskolen innen meteorologi. Petterssen var ved Geofysisk institutt i Tromsø blant annet delaktig i Umberto Nobiles planarbeid (1924–1931). Deretter var han bestyrer ved Værvarslingen på Vestlandet, i Bergen (1931–1939) og hadde flere besøk til USA der han foreleste om norsk meteorologi for blant annet US Navy og ved California Institute of Technology (1935–1938). Deretter var han ved Massachusetts Institute of Technology som professor (1940–1942), og skrev to verker.