Leta 1888 je uporabil 920 mmdaljnogled na Observatoriju Lick, da bi podprl Schiaparellijeva opazovanja kanalov na Marsu, kar se mu ni posrečilo. Leta 1895 je posnel spekter Saturna in njegovih obročev. Iz naklona spektralnih črt je določil hitrost, s katero se sistem vrti. Pokazal je, da se obroči ne vrte kot toga telesa, ampak ima notranja meja mnogo krajšo pot kot zunanja. To je bil prvi opazovalni dokaz, da obroči niso sestavljeni iz enega kosa, ampak iz majhnih meteorskih delcev, kar je teoretično napovedal že Maxwell. Keeler je z bolometrommerilinfrardeči del spektra, raziskoval je spektre zvezd in meglic. Meril je radialne hitrostiplinskih oblakov, na primer Orionove meglice, in pokazal, da so njihove hitrosti podobne hitrostim zvezd. Ti oblaki so zato del zvezdnega sistema. Fotografiral je mnoge spiralne galaksije in pokazal, da je njihova spiralna zgradba bolj pravilo kot izjema. Naj bi bil avtor smešne zgodbe o Barnardu.
