惠更斯在对望远镜的镜片做了改进之后，耐心而细致地进行了天文观测。在1650～1659年的时间里，他先后识别出猎户座大星云的结构组成，发现了火星上的极冠、木星带和土星的一颗卫星，从而进一步证实并巩固了哥白尼的学说。其中，最激动人心、最富有成果的一项发现要算发现土星光环了。
　　1610年，意大利天文学家伽利略用他发明的天文望远镜第一次观测到了土星环的存在。然而，在他看来，土星的球状本体旁的这一“奇怪的附属物”简直不可理解，他甚至怀疑这一怪物是透镜造成的幻像。惠更斯很早就听说了伽利略的发现和怀疑，也亲自用天文望远镜看到了与伽利略的描述极为相似的现象。他也百思不得其解，但他却没有轻易做结论。他对土星进行了集中观测，结果发现，所谓土星旁的那个奇怪东西根本不是什么镜片造成的假象，而是真实存在着，它是一条近似带状的东西。
　　土星旁的那团物质究竟是什么？每当夜深人静的时候，他就傍依着望远镜，看一会儿，想一会儿，又用笔写写画画记下自己的想法。他发现，土星旁的那团东西，在望远镜中虽然会时时改变形状，但从来也不曾消失过。联想起行星的自转运动，他想，土星旁的那团东西也应该是围绕着土星转动的。那么，一个转动着的带状东西会是什么呢？难道是一个物质环？至此，惠更斯的思路豁然开朗了。对，就是一个环。他把自己的想法汇总整理，写出了著名的《论土星光环》的论文。
　　在论文中，他向世人宣布：土星周围的附属物质是“一个无处不接触并偏向黄道的薄扁环”。从此，一个新的天文学研究领域——行星光环研究就被开辟了出来。20世纪70年代，人们又陆续发现了木星的光环和天王星的光环，从而为人们对太阳系整体结构的探索又添上了亮丽的内容。
　　
　　探索光的本质
　　
　　
　　土星环的发现使惠更斯的声名大噪。1665年，他作为法国科学院的名誉院士应邀前往巴黎讲学，并长住那里。巴黎时期，成了他一生科学研究的“黄金时期”。其中，最令他本人引以为豪的研究就是提出光的“波动说”。
　　光，过去曾是人们知道、了解得最少的东西。在17世纪，对光的本质是什么这一问题，人们普遍接受学界权威、英国物理学家牛顿提出的光的“微粒说”。这种说法认为光是一种物质，它由一群快速流动着的发光微粒组成。这个理论可以解释光的反射现象，但对光的折射现象、干涉现象和衍射现象却无能为力。
　　惠更斯认为，光的微粒说既然不能解决光的折射、干涉和衍射问题，那么就说明这个观点有局限性。从1669～1677年，惠更斯一直在冥思苦想这一问题。而他对这一问题的研究一开始就是从光的双折射这一艰深问题入手的。所谓光的双折射，就是指透过一种叫方解石的晶体矿物质可以明显看到一个物体有两个像。这说明当光线穿过方解石的时候发生了各向异性的折射。惠更斯九年如一日，在对实验现象做反复的数理研究的基础上，终于在1690年出版的《论光》一书中提出了光的波动学说。他指出，光在透明物质当中的传播不可能像牛顿所说的那样是一种物质的转移，而只能是某种物质运动的传递。由于这种传递是通过一种叫“以太”的粒子相互碰撞而进行的，因此，“光线不是纯粹的几何线，光速也不是无限的”。他发现，光的传播与声音的传播有很多地方存在相似性，于是就大胆地提出“光波”的概念，并对光的传播过程做了如下描述：“光波发射时，传播光的每一物质粒子不只是把运动传给前面的相邻粒子，而且还传给周围所有其他和自己接触并阻碍自己运动的粒子。因此，在每一粒子周围就产生以此粒子为中心的波。”
　　这就是著名的惠更斯原理。用这一原理不仅可以很好地解释光的反射现象，也同样可以较完满地解释光的折射和双折射现象。
　　惠更斯的光的波动说刚提出时并没有引起物理学界的广泛关注。直到100多年之后，世界各地的物理学家才相继在实验室里来验证这一观点的正确性，而结果无一例外地都证实了惠更斯的理论的正确性。
　　
　　科学家是有祖国的
　　
　　惠更斯在科学上的贡献是多方面的。作为一个思维敏捷的科学家，在物理学方面，他利用相对性理论研究了碰撞引起的物体运动，确立了动量守恒理论。研究了离心力，提出了著名的离心力公式：一个做圆周运动的物体具有飞离中心的倾向，它向中心施加的离心力与速度的平方成正比，与运动的半径成反比。另外，他还根据伽利略提出的钟摆的等时性原理，改进了钟摆的构造，于1656年制成了世界上第一台摆钟。而他的关于万有引力的思想对牛顿“万有引力理论”的形成也产生了不可忽视的影响。在天文学、数学等其他方面，他也是颇有建树的。
　　科学是没有国界的，但科学家是有祖国的。虽然惠更斯长住在巴黎，但他内心深处却时刻惦记着故乡的发展和人民的幸福。当1681年信奉天主教的法国开始对信奉基督教的荷兰采取敌对态度时，惠更斯毅然放弃了在法国良好的生活和研究条件，回归祖国。
　　1695年7月8日，惠更斯与世长辞，享年66岁。就在他逝世后不久，荷兰皇家科学院将他的著作、手稿汇集出版，以永远纪念这位伟大的科学家。