imediat după absolvirea Harvard a fost angajat ca instructor de matematică acolo, iar un an mai târziu s-a mutat la Institutul de Tehnologie din Massachusetts pentru a fi profesor asistent de Fizică. Doi ani mai târziu, a fost numit profesor de Fizică Thayer. Pe parcursul celor 10 ani în care a fost acolo, a creat primul laborator de Fizică din America, care a fost conceput pentru ca studenții să-și publice propriile descoperiri și cercetări. Pickering a numit acest laborator Laboratorul de Fizică Rogers și s-a pronunțat Director al Laboratorului. Mai târziu, a ocupat funcția de director al Harvard College Observatory (HCO) din 1877 până la moartea sa în 1919, unde a făcut mari salturi înainte în Adunarea spectrelor stelare prin utilizarea fotografiei.

la scurt timp după moartea doctorului universitar și a astronomului Amator Henry Draper, s-a prezentat o oportunitate pentru Pickering. Moartea lui Draper a lăsat incomplet lucrarea sa studiind astronomia folosind fotografia. Draper nu a avut copii care să-și continue și să-și termine moștenirea, așa că soția sa, Mary Anna Draper, a planificat să-și termine munca. Pickering i-a scris o scrisoare Doamnei Draper „…rugați-vă să vă amintiți că, dacă vă pot sfătui sau ajuta în vreun fel, voi face doar puțin pentru a-l răsplăti pe Dr.Draper pentru o prietenie pe care o voi prețui întotdeauna, dar care nu poate fi înlocuită niciodată.”Doamna Draper a răspuns urgent și, în curând, a lăsat munca soțului ei la Pickering. Pickering a concluzionat că utilizarea fotografiei de către Draper în astronomie a fost foarte promițătoare, opusă metodei tradiționale de observare și înregistrare folosind ochiul prin instrumente. În 1884, a fost publicată o lucrare despre astfel de observații cu autorul „regretatul Henry Draper.”După ce a primit critici de la Dr.William Huggins, un prieten al Dr. Draper, Pickering a început să angajeze mai mulți asistenți pentru a consolida constatările lui Draper. În consecință, acest lucru s-a întărit și a contribuit la haremul lui Pickering.

În 1882 și-a început apelurile pentru observații internaționale cu stele variabile. Acest lucru a fost întâmpinat cu opoziție, dar în cele din urmă o astfel de cooperare a fost realizată în secțiunea de stele variabile a Asociației Astronomice britanice și a Asociației Americane a observatorilor de stele variabile (AAVSO). Pickering a avut o relație bună cu AAVSO și a primit un cuțit de hârtie de aur cu pietre prețioase.

în 1882, Pickering a dezvoltat o metodă de a fotografia spectrele mai multor stele simultan, punând o prismă mare în fața plăcii fotografice. Folosind această metodă, Pickering și echipa sa au capturat imagini de peste 220.000 de stele. Această cantitate imensă de cercetări fotografice a oferit oamenilor de știință de zeci de ani o bibliotecă aparent nesfârșită care conține istoria mișcărilor fiecărei stele vizibile. Se spune că această cercetare cântărește 120 de tone datorită dimensiunii plăcilor fotografice.de asemenea, împreună cu Williamina Fleming și Annie Jump Cannon a proiectat un sistem de clasificare stelară bazat pe un sistem alfabetic pentru clasele spectrale care a fost cunoscut pentru prima dată sub numele de clasificarea stelară Harvard și a devenit baza pentru catalogul Henry Draper.

în 1896, Pickering a publicat observații ale unor linii necunoscute anterior în spectrele stelei XV-Puppis. Aceste linii au devenit cunoscute sub numele de seria Pickering (sau seria Pickering–Fowler) și Pickering le-a atribuit hidrogenului în 1897. Alfred Fowler a dat aceeași atribuire liniilor similare pe care le-a observat într-un amestec hidrogen-heliu în 1912. Analiza lui Niels Bohr inclusă în trilogia sa privind structura atomică a susținut că liniile spectrale au apărut din heliu ionizat, He+, și nu din hidrogen. Fowler a fost inițial sceptic, dar a fost în cele din urmă convins că Bohr avea dreptate și, până în 1915, „spectroscopiștii s-au transferat definitiv la heliu. Lucrarea teoretică a lui Bohr asupra seriei Pickering a demonstrat necesitatea „unei reexaminări a problemelor care păreau deja rezolvate în cadrul teoriilor clasice” și a oferit o confirmare importantă pentru teoria sa atomică.Pickering este creditat pentru că a făcut Observatorul Colegiului Harvard cunoscut și respectat în întreaga lume și continuă astăzi să fie un observator și un program bine respectat.

Haremedit Pickering

Observatorul Harvard College a devenit un observator premieră în lume și cu ea a venit cererea pentru mai mulți asistenți. Acești asistenți au fost critici pentru a lua notițe, pentru a efectua calcule și pentru a efectua analize. Femeile cu studii universitare din întreaga țară s-au oferit să lucreze pentru Observatorul Harvard neplătite pentru a câștiga experiență sau până la dovedirea valorii lor de plătit. În acest timp, Pickering a recrutat peste 80 de femei pentru a lucra pentru el, inclusiv Annie Jump Cannon, Henrietta Swan Leavitt, Antonia Maury, și Florence Cushman. Era foarte neobișnuit ca un om de știință atât de desăvârșit să lucreze cu atâtea femei, dar s-a spus că „a devenit atât de exasperat de ineficiența asistentului său masculin, încât chiar și servitoarea sa ar putea face o treabă mai bună de copiere și calcul”. Aceste femei, calculatoarele Harvard (descrise și ca „haremul lui Pickering” de către comunitatea științifică de la acea vreme), au făcut mai multe descoperiri importante la HCO. Descoperirea lui Leavitt a relației perioadă-luminozitate pentru Cefeide, publicată de Pickering, ar dovedi fundamentul înțelegerii moderne a distanțelor cosmologice.

tratamentul lui Pickering asupra femeilor, în timpul său, a fost considerat mai bun decât majoritatea. Este adevărat că au fost prost plătiți în comparație cu omologii lor de sex masculin și nu li s-a acordat credit aproape la fel de des, dar dorința sa de a le include în lumea astronomiei a deschis calea multor mari femei de știință și lideri. Acest lucru a ajutat la finanțarea observatorului prin burse și achiziționarea de femei, inclusiv absolvenți și profesori, care au ajutat la crearea haremului lui Pickering.