В 1876 году он определил период вращения Сатурна. В 1877 обнаружил спутники Марса, названные впоследствии Деймосом и Фобосом. В 1892 году показал, что две части звезды 61 Лебедя имеют пару. Также Асаф Холл изучал и наблюдал полные солнечные затмения.