Rydbergs huvudsakliga intresse gällde grundämnenas periodiska system, och detta arbete ledde till studier av atomers spektra. Han fann här regelbundenheter som innebar att spektralserier kunde beskrivas med matematiska formler och var den förste som insåg betydelsen av att använda vågtalet σ = 1/λ i stället för våglängden λ.