En 1655 encontró un nuevo método para pulir las lentes, con lo que obtuvo una imagen más nítida que le permitió descubrir el mayor satélite de Saturno, Titán, y dar la primera descripción precisa de los anillos de este planeta. También estudió las estrellas de la nebulosa de Orión y las características de la superficie de Marte que lo llevaron a concluir la rotación de este planeta sobre su eje. En 1656 inventó un ocular de telescopio que lleva su nombre.