Campbell zasłynął ze swojej pracy w spektroskopii, analizy widm światła. Dokonał ważnych pomiarów ruchu gwiazd i badań galaktycznych chmur pyłu i gazu zwanych mgławicami. Kierował także programem do pomiaru ruchu Słońca względem innych gwiazd, co doprowadziło do odkrycia kilku binariów spektroskopowych i szczegółowej analizy ruchu gwiezdnego. Jego raport, że atmosfera Marsa nie zawierała znacznych ilości pary wodnej, został zakwestionowany, ale później potwierdzony.
Campbell prowadził ekspedycje na całym świecie, aby oglądać zaćmienia. Podczas zaćmienia Słońca w 1922 roku zaobserwował ugięcie światła gwiazd przez pole grawitacyjne Słońca. Ta obserwacja, po raz pierwszy dokonana przez brytyjskiego astronoma Arthura Stanleya Eddingtona, poparła teorię ogólnej teorii względności Alberta Einsteina.
Campbell był dyrektorem Obserwatorium Licka w latach 1901–1930, prezydentem Uniwersytetu Kalifornijskiego w latach 1923–1930 i prezydentem National Academy of Sciences w latach 1931–1935. Odebrał życie w 1938 r. Po latach niesprzyjającego zdrowia.
William wallace campbell, amerykański astronom, dokonał ważnych pomiarów ruchu gwiazd. Zauważył także odchylenie światła gwiazd przez pole grawitacyjne słońca i stwierdził, że atmosfera marsa nie zawiera znacznych ilości pary wodnej.