ilimleri öğrenip, şöhrete kavuştu. Öğrendiklerini uygulama safhasına koymak için çok gayret gösterdi. Birçok önemli neticeler ve başarılar elde etti.

İbn-i Heysem'in başarıları diğer memleketlerde duyulunca, Mısır'da hüküm süren Fatimi Devleti hükümdarlarından El-Hakim kendisini Mısır'a davet etti. İbn-i Heysem, Mısır'a gitmeden önce, Nil Nehri ile ilgili bir sulama projesi ve bazı teknik çalışmalarda bulunmuş, Nil Nehri'nden nasıl istifade edilebileceğini araştırmıştı. Projesini Fatimi sultanı El-Hakim'e açıklayınca, sultan projenin gerçekleştirilmesi için ona her türlü yardımı yapacağını bildirdi. İbn-i Heysem, Nil Nehri boyunca ilmi ve teknik incelemelerde bulundu. Yaptığı projelerin başarılı bir şekilde uygulanmasının o günkü şartlarda mümkün olmadığını görünce, hükümdardan af diledi. İbn-i Heysem, El-Hakim'in kendisi hakkında kanaatlerinin değişmesinden korkarak, gözden ırak bir yere çekilip hükümdardan uzak durmaya karar verdi. Gizlice ilmi çalışmalarını sürdürerek birçok eser yazdı. İlim tarihçilerine göre, İbn-i Heysem'in hayatının bu dönemi en verimli ve başarılı devri olmuştur. İbn-i Heysem, Birûni ve İbn-i Sina ile çağdaştı.

İbn-i Heysem, çağının bütün ilimlerinde otoriteydi. Fevkalade keskin bir görüş, anlayış, muhakeme ve zekaya sahipti. Aristo ve Batlamyus'un eserlerini inceleyerek hatalarını gösterdi. Bunları özetleyerek Arapça'ya tercüme etti. Ayrıca tıp biliminde de derinleşti. Geometriyi mantığa uyguladı. Öklit ve Apollonius'un geometrik ve sayısal metotlarını geliştirdi ve pratik uygulama alanlarını işaret etti. Geometri ve matematiğin inşaatçılık alanında uygulanmasında katkıda bulundu. Eski medeniyetlerden intikal eden matematik, geometri ve astronomiyi tedkik ederek ilmi tenkitlerini ortaya koydu ve bu sahalarda kendi nazariyelerini geliştirerek ilim alemine sundu. Mesela; Aristo ve Batlemyüs'e ait olan dünyanın, kainatın merkezi olduğu şeklindeki görüşleri üzerindeki şüphe ve tereddütlerini ifade etti. Dünya merkezli bir kainat sisteminin kesin olmayacağını, uzayda daha başka sistemlerin de bulunabileceğini ve güneş sisteminin mevcut olduğunu söyledi. Nitekim İbn-i Heysem'den yüzlerce sene sonra , İbnu’ş-Şâtır ve Nureddin Batrucî sonra Newton ve Kepler, Güneş sistemi nazariyesini kabullenmişler ve yer kürenin bu sistem içinde bulunduğunu söylemişlerdir.

Fiziksel optik, meteorolojik optik, katoptrik, diyoptrik, yakıcı aynalar, gözün fizyolojisi ve algısal psikoloji alanlarında araştırmalar yapmış olan İbn-i Heysem'i, Latin skolastikleri "Alhazen" diye adlandırırlar. Kendisine ayrıca "Ptolemaeus Secundus" (İkinci Batlamyus; Arapçada "Batlamyus-i Sani") lakabı da verilmiştir. İbn-i Heysem'in fizikte olduğu kadar tıptaki ustalığını da gösterdiği kitabı Kitab el-Menazır (Optik Kitabı / Görüntüler Kitabı / Optik Hazinesi) adlı yapıtı, gözün anatomisi ve fizyolojisi ile başlar. Burada beyinden çıkan optik sinirden başlayarak gözün kendisine kadar konjonktif, iris, kornea ve mercek gibi kısımlardan her birinin görme olayındaki rolü ustaca resimlenmiştir. Gözün çeşitli kısımları arasındaki ilişki ve görme olayı sırasındaki bütün bir organ ve dioptrik (merceklerin ışığı kırmaları ile ilgili) bir sistem olarak gözün nasıl iş gördüğü gösterilmiştir. İbn-i Heysem burada gözün kısımlarını şöyle adlandırmıştır: "El-sebakiye" (retina), "el-kurniye" (kornea), "el-sa'il el-ma'i" (göz sıvısı), "el-sa'il el-zucaci" (ing. "vitreous humor"; gözün retinayla çevrili boşluğunu dolduran pelte koyuluğundaki saydam ve renksiz sıvı) vb.

İbn-i Heysem'in ünlü yapıtı, 12. yüzyılda Cremona'lı Gerard (Gherardo) (1114-1187) tarafından Opticae Thesaurus Alhazeni (İbn-i Heysem'in Optik Hazinesi) başlığı altında Latinceye çevrilmiş ve Batı dünyasını 600 yıl boyu etkilemiştir. Kitap, gözün yapısı, yanılsama (illüzyon), serap olayı, perspektif, ışığın kırılması ve fotoğraf makinesinin atası olan "karanlık oda"dan (sözcüğü sözcüğüne Ar. "beyt el-muzlim", Lat. "camera obscura": "karanlık oda") söz etmekte ve böyle bir delikli kamera ile ters görüntü elde edileceğini belirtmektedir. İbn-i Heysem burada "karanlık oda"nın, güneş tutulmalarının gözlemlenmesinde kullanılmasını önermektedir. İskenderiyeli astronom, matematikçi ve coğrafyacı Claudius Ptolemaios (Batlamyus) (108-168), Almagest (Büyük Derleme) (~150'ler) ve Optik adlı yapıtlarında görme ve yansıma kuramını işlemişti. Batlamyus'un Optik adlı eserinin, ancak Sicilyalı Emir Eugene tarafından yapılmış Latince çevirisi günümüze kalmıştır. Görme konusunda İbn-i Heysem'e kadar geçerli olan kuram, Öklid ve Batlamyus'un ortaya attıkları ve görme olayının, gözün görülecek nesneye yolladığı ışınlarla gerçekleştiğini öne süren kuramdı. İbn-i Heysem bu kuramı reddederek olayın bunun tam tersi olduğunu ve gözün, nesnenin yolladığı ışınları algılayarak o cismi gördüğünü ortaya attı.

Işık kaynağı olan nesnelerde ışık, güneş gibi her noktadan karşısındaki nesnenin bütün yönlerine doğrusal olarak yayılır. İbn-i Heysem, düşüncesini şu şekilde uygulamıştır: Güneş ya da ateş ışığını bir delikten karanlık bir odaya göndererek ışığın yayılan yönü boyunca ip germiş ve ışığın yayıldığını göstermiştir. Bu tecrübeyi ilginç kılan, 17.yüzyılda Kepler tarafından tekrarlanmış olmasıdır.

Nesnelerden gelen ışık ve renk etkisiyle görme oluşur. İbn-i Heysem, ışığın öncelikle gözden çıktığını savunan Gözışın Kuramı'na karşı çıkmış, nesneden ışığın geldiğini vurgulamıştır. Akıl yürüterek şu yargıya varmıştır: "Gözışın Kuramı'na göre gözden ışık çıkmakta, nesneye ulaşabilmesi için saydam ortamdan geçerek görme eylemi gerçekleşmektedir. Oysa bütün ihtimaller dikkate alındığında, gözden ışığın çıkmasıyla değil, göz ışınlarının bakılan nesneye gidip ondan geri gelmesiyle görme gerçekleşir." Bunu da şöyle açıklamıştır; parlak bir nesneye ya da ışığa uzun süre bakarsa göz, acı duymaktadır. Eğer uzun süre dışarıdan bir etki alarak acıması doğalsa, göz dış bir etkinin görme sürecindeki alıcısı durumundadır. Sonuçta göz ışık kaynağı olamaz, zira ışık gözden çıksa acı vermezdi.

İbn Heysem, aydınlatılmış bir alandaki her nokta ya da nesnenin her doğrultuda ışık ışınları yaydığını, ama bu ışınlardan yalnızca birinin göze dik olarak çarptığını ve ancak bunu görebildiğimizi söyler. Diğer ışınlar farklı açılarda yayılırlar ve görünmezler. Gölge, tutulma olayları ve gökkuşağı gibi çeşitli fiziksel görüngülere ilişkin kuramları geliştirmeye çalıştığı eserlerinde, ışığın büyük ama sonlu bir hıza sahip olduğunu ve ışığın kırılması olayının ışığın farklı maddeler (ortamlar) içindeki hızlarının farklı olmasından kaynaklandığını duyumsatan ifadelere yer vermiştir. Ayrıca küresel ve parabolik aynaları incelemiş, bir mercek yardımıyla kırılma olayının odaklama sonucu nasıl görüntü oluşturduğunu, görüntüyü nasıl büyütebildiğini anlamış ve küresel bir aynada niçin sapma meydana geldiğini matematiksel olarak kavramıştır. Işık hızının ilk nicel kestirimi 1676'da astronom Ole Christensen Romer (1644-1710) tarafından, Jüpiter'in uydusu Io'nun dönme süresinin bir teleskop yardımıyla ölçümü ile yapılarak 228 bin km/s olarak verilmiş; astronom James Bradley (1692-1762) ise ışık hızını 1728 yılında yıldız ışığının sapması üzerinden 283 bin km/s olarak belirlemiştir. 1848 yılında ışıkta "Doppler etkisi"ni keşfeden Armand Hippolyte Louis Fizeau (1819-1896), 1849'da dişli çark yöntemiyle ışık hızını 298 bin km/s olarak ölçmüştür. 1851 tarihli sarkaç deneyi ile ünlenen Jean-Bernard Leon Founcault (1819-1868) ise 1850 yılında döner ayna yöntemiyle labaratuarda ilk olarak ışık hızını 298 bin km/s olarak belirlemiştir.

İbn el-Heysem, gözden çıkan ışınlar konusunda şunları söyler:

İbn el-Heysem’in ünlü yapıtına yorumlar Doğu’lu yazarlarca çokça yapılmış ama onun ardıllarının çoğu onun görme kuramını benimsememişlerdir. Ancak el-Biruni ve İbn Sina birbirlerinden bağımsız olarak İbn el-Heysem’in “görmeyi sağlayan şey, gözden çıkarak nesneye giden ışınlar değildir; tersine, algılanan nesnenin görünümü gözün içine doğru gider ve gözün saydam cismi (yani mercekler) tarafından biçimi değiştirilerek şekillenir” biçimindeki düşüncesine katılmışlardır.

İbn el-Heysem tüm zamanların en büyük fizikçilerinden biri olarak kabul edilir. Optik konusunda en yüksek düzeyde deneysel çalışmalar yapmıştır. O, “bir ortamdan geçen bir ışık ışınının en kolay ve çabuk olan yoldan gideceğini” bildirmiştir. Böylece, Pierre de Fermat’ın (1601-1665) “en küçük süre ilkesi”ne birkaç yüzyıl önceden katkıda bulunmuştur. Ayrıca, daha sonraları Isaac Newton’ın (1642-1726) “Birinci Hareket Yasası” olacak olan Eylemsizlik Yasası’ndan söz etmiştir: “Her cisim, hareketini değiştirecek kuvvetler uygulanmadığı sürece bulunduğu konumu korur ya da doğrusal bir yörüngede düzgün hareketini sürdürür”

Roger Bacon’ın (1214-1294) 1267 yılında tamamladığı Opus Majus (=Büyük Yapıt) adlı yapıtının V.bölümü, pratik olarak İbn el-Heysem’in ünlü yapıtının bir alıntısı niteliğindedir. İbn el-Heysem ışığın kırılma sürecini mekanik terimler cinsinden tanımlamıştır. Ona göre, “iki ortamın ayrılma yüzeyi boyunca geçen ışık parçacıklarının hareketi, kuvvetlerin bileşke yasasına uyar. Bu yaklaşım daha sonraları Newton tarafından yeniden keşfedilerek işlenmiştir.

İbn el-Heysem’in araştırmaları hem astronomik gözlemler hem de meteoroloji bakımından çok önemliydi. İbn el-Heysem atmosfer kalınlığı, göksel olayların gözlenmesinde atmosfer etkisi, alacakaranlığın başlangıç ve sonu (bu durumlar güneş ufkun 19 derece altındayken başlıyor ve bitiyordu), güneş ve ayın ufukta gökyüzünün ortasında göründüğünden daha büyük görünmesinin nedeni ve benzeri olayların optik sonuçları üzerine pek çok konuyu gün yüzüne çıkarmıştı.

İbn el-Heysem aynı zamanda hem düşünür, hem matematikçi hem de deneyci idi. Deneyleri için kullandığı mercekler yardımıyla bir düzenek tasarladı. “Karanlık oda” üzerinde ilk kez matematiksel incelemelerde bulundu. Güneş tutulması sırasında güneş imgesinin yarımay şeklini bir pencere kepenginde oluşmuş küçük bir deliğin zıt yönündeki duvar üzerinde gözlemleyerek “karanlık oda”nın ilk denem