Ionefeller ble teoretisert og utviklet på 1970-tallet. Hans Georg Dehmelt og Wolfgang Paul delte i 1989 en Nobelpris for utviklingen av teknikken. Wineland arbeidet på denne tiden sammen med Dehmelt, og var blant annet med på å teoretisere kjøleteknikken Doppler-kjøling for ioner sammen med Dehmelt i 1975, som var et viktig steg mot realiseringen av fellene. Wineland var også med på de første eksperimentene med ionefeller i 1978. Videre på 1980- og 1990-tallet har Wineland arbeidet med å perfeksjonere fellene, samt utvikle teknikker for å manipulere og måle tilstanden til ionet eller ionene fanget i fellen ved hjelp av laserlys.