Während seines Studiums beschäftigte sich Bengt Strömgren intensiv mit der neuen Quantenphysik und nutzte sie später, um die Vorgänge in Sternen zu erklären.
So erkannte er, dass Sterne typischerweise zu rund 70 Prozent aus Wasserstoff und zu knapp 30 Prozent aus Helium bestehen.
1940 folgte Bengt Strömgren seinem Vater als Leiter des Instituts in Kopenhagen. Um trotz der Isolation während der deutschen Besatzung astronomische Forschung betreiben zu können, initiierte er den Bau der Sternwarte Brorfelde auf Seeland.
1951 verließ er Dänemark und leitete einige Jahre die US-Observatorien Yerkes und McDonald. Sechs Jahre später wurde er der erste Professor für theoretische Astrophysik in Princeton - und bezog das Büro, in dem einst Albert Einstein gearbeitet hatte.
Bengt Strömgren entdeckte, dass junge heiße Sterne von riesigen Wolken umgeben sind, in denen der Wasserstoff komplett ionisiert ist. Heute sprechen die Astronomen von den Strömgren-Sphären. Außerdem entwickelte er ein System, wie sich allein aus Helligkeitsmessungen mit bestimmten Filtern viele Eigenschaften heißer Sterne bestimmen lassen.