Väisälä utviklet nye metoder innen presisjonsoptikk og anses være den som gav det teoretiske grunnlaget for Schmidt-teleskopet. Han utførte forbedringer på speilteleskopet og konstruerte speilteleskop for observatoriene i Åbo, Helsingfors og Stockholm. Ved hjelp av en fotorefraktor som han utviklet, ble flere nye kometer og over 800 asteroider oppdaget av forskningsgruppen ved Åbo universitet. Han utviklet også en beregningsmodell som raskt og enkelt gav astroidenes bane.