Fire ganger ble han nominert til Nobelprisen i fysikk. Han ble foreslått av Vilhelm Carlheim-Gyllensköld (1915, 1916 og 1917), O. Pauersson (1916) og i 1918 av norske professorer, men dette forslaget ble ikke sendt inn på grunn av Birkelands død i 1917. Noe av problemet med nominasjonen i fysikk var at kosmisk fysikk ble vurdert som en del av astronomien, og dermed falt utenfor kriteriene for Nobelprisen. En annen ting var at få medlemmer av Nobelkomiteen mente at de var kvalifisert til å vurdere en nominasjon innenfor dette feltet. Selv om det var tradisjon for dette faget også ved svenske universiteter, hadde dette ikke noen formell status ved noen av universitetene.