Kühne teadustööd jagunevad kahte ossa. Esimese osa moodustavad lihaste ja närvide füsioloogia, millega ta tegeles nooruses. Teise osa moodustab seedimise keemia, millega ta hakkas tegelema Berliinis Virchowi juures. 1876 avastas ta proteiinide omastamiseks kasutatava ensüümitrüpsiini.
Peale selle uuris Kühne nägemist, nimelt keemilisi muutusi, mis toimuvad võrkkestasvalguse mõjul. Franz Christian Boll oli 1876 avastanud rodopsiini, mille põhjal Kühne püüdis luua nägemise fotokeemiateooriat. Kuigi ta suutis näidata rodopsiini tähtsust nõrgas valguses nägemises, vähendas rodopsiini puudumine võrkkesta kõige teravama nägemise piirkonnas tema teooria usaldusväärsust ja välistas seega selle teooria üldise omaksvõtu.