1895年,他在一块磁铁附近进行阴极射线实验时,注意到电子导向磁极的现象。1896年提出了来自太阳的电子可直接产生极光的理论
。为了验证这一理论，他在真空室中做了模拟日地系统的实验，即著名的地球模型实验，首次在实验室内产生了人工极光。
伯克兰也十分重视极光和地磁的实地观测工作。他多次亲自组织北极探险队，在气候条件十分恶劣的极区建立了4个高山观测台。根据观测资料,他把全球的地磁扰动分为3种“元扰动”:赤道扰动（即磁暴）、极区元磁暴（即磁层亚暴）和环中磁暴（几乎都在日照半球发生的一种磁暴，把它归因于硬太阳耀斑光子）。为了说明磁扰动的产生，他提出一种沿地磁场的垂直电流体系模式，这种电流体系被称作伯克兰电流。