Наукові праці присвячені вивченню зоряної еволюції і наглядовим аспектам космології. У 1952 спільно з Мартином Шварцшильдом уперше розглянув еволюційний шлях зірки головної послідовності по гілці червоних гігантів на стадії горіння гелію. У тому ж році спільно з Г.Арпом і В.Баумом побудував за фотоелектричними вимірами першу точну діаграму колір—величина для зоряного скупченняM92, на якій виділялася головна послідовність; згодом подібні діаграми стали важливим засобом вивчення еволюції скупчень. Сендідж побудував діаграми для великої кількості скупчень. 1956 року встановив положення стандартної головної послідовності нульового віку і з її допомогою визначив віки багатьох скупчень; знайшов також відстані до скупчень, оцінив вміст металів у зірках — членах скупчень. Розробив метод визначення вмісту важких елементів в атмосферах зірок за їхнім ультрафіолетовим надлишкам; спільно з О.Еггеном і Д.Лінден-Беллом дав загальноприйняте зараз пояснення спостережуваного зв'язку між кінематичними характеристиками зірок і їхнім хімічним складом. У 1960—1963 брав участь в оптичному ототожненні перших квазізоряних джерел радіовипромінювання. Спільно з Т.Метьюзом показав, що вони володіють великим ультрафіолетовим надлишком, який можна пояснити синхротронним механізмом випромінювання. Це відкриття поряд з відкриттям Мартеном Шмідтом великих червоних зсувів ліній у спектрах цих об'єктів поклало початок вивченню квазарів. В 1965 відкрив так звані квазізоряні галактики, в оптичному діапазоні подібні до квазарів, але які не мають сильного радіовипромінювання. Ототожнив (спільно з Ріккардо Джакконі та іншими) перші виявлені галактичні джерела рентгенівського випромінювання (рентгенівські зірки). У 1957 Сендідж показав необхідність введення двох істотних поправок в шкалу міжгалактичних відстаней: однієї, пов'язаної з розкидом в співвідношенні період—світність цефеїд, і другої, пов'язаної з ототожненням з областями іонізованого водню тих об'єктів, які Едвін Павелл Габбл брав за найяскравіші зірки в галактиках. Займався виміром променевих швидкостей далеких галактик і відстаней до них з метою визначення найважливіших космологічних параметрів. Прийшов до висновку, що дані спостережень вказують на еволюцію Всесвіту з невеликим позитивним параметром уповільнення. Значення сталої Габбла, знайдене Сендіджем спільно з Г.Тамманном, дорівнює 55±6 км с−1 Мпк−1 (1975).
