Получив в 1906 году степень доктора наук в университете Эрлангена (Германия), Гейгер вскоре стал работать в Манчестерском университете. Там он стал одним из ценнейших коллег Резерфорда. Он построил первый счётчик заряженных частиц, разновидность которого в дальнейшем применялась в экспериментах по определению строения атома.
Переехав в Немецкий национальный научно-технологический институт (Берлин), он продолжил изучение атомной структуры. В 1925 году, приняв приглашение быть преподавателем в университете Киля, совместно с Вальтером Мюллером модернизирует счётчик частиц. Увеличена чувствительность счётчика, стало возможным обнаружение бета-частиц и ионизирующих электромагнитных фотонов. В университете в Тюбингене впервые наблюдал за потоком космических лучей; продолжал заниматься искусственной радиоактивностью, ядерным распадом.