Bartholin hadde interesser i mange retninger og publiserte flere lærde skrifter om forskjellige tema. Dette innbefatter observasjon av den store kometen i 1664-65 der han ble hjulpet av sin elev Ole Rømer. Av Frederik III ble han bedt om å undervise hans sønn Jørgen samt å forbederede publikasjon av Tycho Brahes arbeid. Dette satte han i gang med og ansatte Rømer som assistent. Da kongen døde i 1670, opphørte denne støtten, og Rømer dro til Paris hvor han noen år senere målte lyshastigheten for første gang. Han ble senere gift med Bartholins datter.