本生获博士学位以后，因出色的研究工作，得到了一笔补助金，固而使他有可能在1830一1833年步行到欧洲各地游学，他到过法、奥、瑞士等国，遍访化工厂、矿产地和知名实验室，结识了许多知名科学家。这次游学，对他以后的学术研究有很大帮助。
1833年，本生游学结束，先后担任了哥廷根大学等学校的教师，1843年到布勒斯劳任化学教授，在这里，他结识了物理学家基尔霍夫，此后，二人长期合作研究光谱学。1852年，本生在海德堡任教授，一直从事化学教学和研究。 在长期的教学生涯中，本生讲授《普通实验化学》课程，为学生做了许多出色的演示实验，课堂上在自己研制的煤气灯上，他用玻璃管很快就可以制作出所需的仪器，他的这种高超的技巧使他的学生们非常佩服。他研制的实验煤气灯，后来被称为本生灯，一直到现在，许多化学实验室，人们还使用这种灯。此外，他还制成了本生电池、水量热计、蒸气量热计、滤泵和热电堆等实验仪器。
本生对科学有着广泛的兴趣，他早期研究过有机化学，但过一段时间后，又去专攻无机化学。他一生做的最重要的工作是进行无机分析，他曾分析和鉴定过上千种无机物质，发展了无机分析和测量技术。
1834年，本生系统地研究了砷酸盐和亚砷酸盐，他发现水合三氧化二铁可以用来作砷中毒的解毒剂，认为三氧化二铁可以与砷结合成亚砷酸铁，形成既不溶于水也不溶于体液的化合物，他的这一发现，"至今还有使用价值。
1835一1836年,本生研究了一系列的氰化物，指出亚铁氰化铵、亚铁氰化钾是相同晶型的，还发现了亚铁氰化铵和氯化铵的复盐。
在有机化学领域，本生研究过二甲砷基化合物，指出二甲砷基是一种含砷的有机化合物。他在1837一1842年间，围绕这一课题，发表了五篇论文。但在1843年，在做二甲砷氰化物的研究时，实验装置发生了爆炸，炸瞎了他的右眼。
第一个二甲砷基化合物是1760年卡代首先制出的，他把等重量的醋酸钾和氧化砷混和物搅拌蒸馏，得到了一种褐色的稠状物，此物易发烟而有恶臭，但当时人们不知道它的组分。为了解答这个问题，本生对这种物质进行了深入研究，经一系列实验，从中离析出二甲砷基氧（C4H12As2O）。此外，本生还详细地研究了二甲砷基的衍生物，获得了氯、碘、氟等元素的二甲砷基化合物，并用蒸气密度的方法测定了这些物质的分子量，从而得出它们的化学式。他经过研究指出，只须研究一下这类化合物，我们就可从中找出一个不变的组分，它可以用C4H12As2O来表示。构成这个组分的元素，彼此以很强的亲合力化合乡在与其他元素化合或分解对，它保持不变，这就是一个有机化合物的基。
1853年，本生在讲学时指出，二甲砷基的基，应当写成As( CH3)2，因为它存在着两个甲基，这种写法已接近了现代的形式。他甚至还指出，自由二甲砷基的结构式应为As2( CH3)4。到1858年，本生已正确地提出了几乎所有二甲砷基化合物，他的这些研究，为有机结构理论的发展，提供了坚实的实验基础。
本生还从熔融的氯化物中制出了金属钠和铝，用电解法制出了锂、钡、钙、镭。他甚至提炼出铈、镧等稀土元素，并精确地用自制仪器测定了这些金属的比热。
1852年到1862年约10年间入本生与罗斯合作研究光化学。他采用等体积的氢和氯在光炽下进行反应。经研究发现，光照射化学物质使之产生反应的情况，与光的波长有关。如单独照射预先放人反应器中的氯气。不会改变其反应的诱导期，当温度在18°C一26°C时，反应只有极小的进展，但如果有氧存在。则氧显示出明显的催化作用。本生和罗斯通过研究，还估计出太阳的辐射能、指出太阳在一分钟内辐射出的光能，等于25X1021立方米的氢气和氯气混和转化为氯化氢所需要的能量。
著名的本生灯发明于1853年，此灯的温度可达2300°C，且没有颜色，正因为这一点人使他发现了各种化学物质的颜色反应。不同成分的化学物质，在本生灯上的烧时，出现不同的焰色，这一点引起他极大的注意，成了他以后建立光谱分析的机遇。
本生在他发明的灯上的烧过各种化学物质，他发现，钾盐的 烧时为紫色，钠盐黄色，锯盐洋红色，钡盐黄绿色，铜盐蓝绿色。起初，他认为，他的发现会使化学分析极为简单，只要辨别一下它们的烧时的焰色，就可以定性地知道其化学成分。但后来研究发现，事情绝不那样简单，因为在复杂物质中，各种颜色互相掩盖，使人无法辨别，特别是钠的黄色，几乎把所有物质的焰色都掩盖了。本生又试着用滤光镜把各种颜色分开，效果比单纯用肉眼观察好一些，但仍不理想。
1859年，本生和物理学家基尔霍未开始共同探索通过辨别焰色进行化学分析的方法。他们决定，制造一架能辨别光谱的仪器。他们把一架直筒望远镜和三棱镜连在一起，设法让光线通过狭缝进入三棱镜分光。这就是第一台光谱分析仪。
"光谱仪"安装好以后，他们就合作系统地分析各种物质，本生在接物镜一边的烧各种化学物质，基尔霍夫在接目镜一边进行观察、鉴别和记录。他们发现用这种方法可以准确地鉴别出各种物质的成分。
1860年5月10日，本生和基尔霍夫用他们创立的光谱分析方法，在狄克海姆矿泉水中，发现了新元素铯；1861年2月23日，他们在分析云母矿时，又发现了新元素铷。此后，光谱分析法被广泛采用。1861年，英国化学家克鲁克斯用光谱法发现了铊；1863年德国化学家赖希和李希特也是用光谱法发现了新元素铟，以后又发现了镓、钪、锗等。
本生在化学上建树极多。他研究过火山、气体，制作过本生电池和镁照明材料，1853年，他发明了利用硫酸对游离碘作容量分析的方法：1868年，他创造了用革取的办法分离钯、铑、钌、铱的方法。此外，他还在1875年，对稀土元素阶光谱作了统一研究和描述。晚年，他还制造了一架蒸气量热器，用来测定某些物质的比热。
最令人惊奇的是，本生和基尔霍夫创造的方法，可以研究太阳及其他恒星的化学成分，为以后天体化学的研究打下了坚实的基础。本生一生获得过许多荣誉。1842年，他被选为伦敦化学会的外国会员，1853年担任德国科学院的通讯院士；18842年，被法国科学院聘为外国会员；1860年，英国皇家学会授予他荣誉奖章；1877年，本生和基尔霍夫共同获得了戴维奖：1890年，本生获得了英国工艺学会的何尔伯奖。本生对荣誉、勋章、奖章很淡漠，他对他的学生和朋友说："这些荣誉和奖章的价值，全在于它们能使我的母亲感到高兴，可惜，她已经不在人世了。"本生不喜欢政治性的社交，尤其不乐于和显贵们交往，他认为那是浪费时间，1886年，海德尔堡大学举行建校五百周年庆祝活动时，请了许多显贵参加纪念大会，校长和显贵们纷纷致词，许多人对本生的事业进行了赞扬，但本生却睡着了，学生的活动惊醒了他，他说他梦见一试管掉在地上了。
本生为了事业，终生未娶，有人曾给他介绍女友，他一次也没主动去追求，学生们问他为什么不结婚，他都是说："我总是没有功夫。"
本生70岁时，给他的好友与信说："垂暮之年，来日不多，回忆过去的欢乐，其中最使我快乐的是我们共同进行的研究工作。"
1899年8月16日，本生与世长辞，享年88岁。本生是在化学史上具有划时代意义的少数化学家之一，他和基尔霍夫发明的光谱分析法，被称为"化学家的神奇眼睛"。
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