Praca naukowa Matematyka Jako matematyk Huygens zajmował się rozwojem rachunku różniczkowo-całkowego. Podczas swoich matematycznych studiów Huygens opracował również teorię dotyczącą gry w kości, którą opublikował jego nauczyciel matematyki Frans van Schooten w 1657 roku w książce pod tytułem De ludo aleae (łac. „O grze w kości”). Była to jedna z pierwszych prac dotyczących teorii prawdopodobieństwa.
Fizyka i technika thumb|Schemat zaćmień księżyców Jowisza. Ich obserwacje przez Rømera w 1676 pozwoliły mu oszacować czas przelotu światła przez orbitę Ziemi. Na tej podstawie Huygens podał pierwsze oszacowania prędkości światła (w próżni i w powietrzu). Na polu fizyki prowadził szereg prac dotyczących optyki. Sformułował zasadę Huygensa, która mówi o rozchodzeniu się fal w pobliżu przeszkód. Jego doświadczenia potwierdzały teorię o falowej naturze światła. Badał również zjawisko załamania światła w różnych materiałach.
Huygens współpracował z Antonim van Leeuwenhoekiem. Razem opracowali doskonałe soczewki. Dzięki opanowaniu przez Christiaana zasad optyki Antoni był w stanie wykonać ze szkła oraz kryształu doskonałe soczewki. Pozwoliło to na zbudowanie mikroskopów i teleskopów optycznych.