S prostim očesom je po siju poskušal določiti velikost zvezd. Njegov največji dosežek je temperaturna lestvica, ki deli razdaljo med vreliščem in lediščem vode na termometru na sto enakih delov. Ledišče je označil z 0, vrelišče pa s 100 °C. Lestvico je leta 1744 obrnil von Linné, prvi termometer s takšno obrnjeno lestvico pa je izdelal Ekström.
Leta 1736 je Celsius predlagal, da se na živosrebrnemtermometru razpon od ledišča do vreliščavode, pri tlaku 760 mm razdeli na 100 enakih delov (glej Celzijeva temperaturna lestvica). Svojo lestvico je predlagal švedski Kraljevi akademiji znanosti leta 1742. Današnja oznaka ledišča in vrelišča izhaja od von Linnéa in Strömerja, za odkritelja lestvice pa se poleg Celsiusa in von Linnéa navajajo tudi: Pehr Elvius, tajnik Švedske kraljeve akademije znanosti, s katerim si je dopisoval von Linné, Christian of Lyons, Ekström in Mårten Strömer (1707–1770), ki je študiral astronomijo pri Celsiusu.
Celsius je bil med prvimi, ki je primerjal sijezvezd. Leta 1737 je sodeloval kot prevajalec v francoski odpravi, pod de Maupertuisovim vodstvom, ki je merila stopinjo poldnevnika (meridiana) v polarnih področjih Laponske.
