柯克伍德最重要的贡献是对小行星轨道的研究。1866年，他指出小行星带上距太阳某些特定距离的地方几乎没有小行星分布，这些位置以他的名字命名为为柯克伍德空隙。此外，他还最早提出流星雨源自彗星的碎片。

柯克伍德还确认了行星自转周期和距离间的关系模式，称为柯克伍德定律。这个发现也使柯克伍德成为享誉国际的天文学家，希尔斯·库克·沃克称他为“美国的开普勒”，并声称柯克伍德定律证明了太阳星云理论是广泛适用的。但是这条定律后来证明是不成立的，因为行星自转周期的重新测量结果不符合这些模式。