Ολοκλήρωσε το διδακτορικό του το 1801 και, όπως συνηθιζόταν, άρχισε να ταξιδεύει στην Ευρώπη, να επισκέπτεται τη Γερμανία και τη Γαλλία και να συναντά άλλους επιστήμονες. Ένα άτομο που γνώρισε, και μπορεί να εμπνεύστηκε, ήταν ο Johann Ritter, ένας από τους λίγους επιστήμονες εκείνη την εποχή που πίστευαν ότι υπήρχε σύνδεση μεταξύ ηλεκτρισμού και μαγνητισμού.

Επιστρέφοντας στην Κοπεγχάγη το 1803, ο Oersted αναζήτησε μια θέση πανεπιστημίου διδάσκοντας φυσική, αλλά δεν πήρε αμέσως. Αντ 'αυτού άρχισε να δίνει διαλέξεις ιδιωτικά, χρεώνοντας την είσοδο. Σύντομα οι διαλέξεις του έγιναν δημοφιλείς και του δόθηκε θέση το 1806 στο Πανεπιστήμιο της Κοπεγχάγης, όπου επέκτεινε το πρόγραμμα φυσικής και χημείας και ίδρυσε νέα εργαστήρια. Συνέχισε επίσης τη δική του έρευνα στη φυσική και σε άλλους τομείς της επιστήμης. Η πρώτη του επιστημονική εργασία ήταν για τις ηλεκτρικές και χημικές δυνάμεις. Διερεύνησε μια ποικιλία προβλημάτων στη φυσική, συμπεριλαμβανομένης της συμπιεστότητας του νερού και της χρήσης ηλεκτρικών ρευμάτων για την έκρηξη ορυχείων.

Ο Oersted έκανε την ανακάλυψη για την οποία έγινε διάσημος το 1820. Εκείνη την εποχή, αν και οι περισσότεροι επιστήμονες πίστευαν ότι ο ηλεκτρισμός και ο μαγνητισμός δεν σχετίζονται, υπήρχαν κάποιοι λόγοι για να σκεφτούμε ότι μπορεί να υπάρχει σύνδεση. Για παράδειγμα, ήταν από καιρό γνωστό ότι μια πυξίδα, όταν χτυπηθεί από κεραυνό, θα μπορούσε να αντιστρέψει την πολικότητα. Ο Oersted είχε σημειώσει προηγουμένως μια ομοιότητα μεταξύ της θερμικής ακτινοβολίας και του φωτός, αν και δεν είχε προσδιορίσει ότι και τα δύο είναι ηλεκτρομαγνητικά κύματα. Φαίνεται ότι πίστευε ότι ο ηλεκτρισμός και ο μαγνητισμός ήταν δυνάμεις που εκπέμπονταν από όλες τις ουσίες, και αυτές οι δυνάμεις θα μπορούσαν με κάποιο τρόπο να παρεμβαίνουν μεταξύ τους.

Κατά τη διάρκεια μιας επίδειξης διάλεξης, στις 21 Απριλίου 1820, ενώ εγκατέστησε τη συσκευή του, ο Oersted παρατήρησε ότι όταν άνοιξε ένα ηλεκτρικό ρεύμα συνδέοντας το καλώδιο και στα δύο άκρα της μπαταρίας, μια βελόνα πυξίδας που βρισκόταν κοντά εκτράπηκε μακριά από τον μαγνητικό βορρά, όπου κανονικά έδειχνε. Η βελόνα της πυξίδας κινήθηκε ελαφρώς, τόσο ελαφρώς που το κοινό δεν το πρόσεξε καν. Αλλά ήταν σαφές για τον Oersted ότι κάτι σημαντικό συνέβαινε.

Μερικοί άνθρωποι πρότειναν ότι αυτή ήταν μια εντελώς τυχαία ανακάλυψη, αλλά οι διηγήσεις διίστανται σχετικά με το αν η επίδειξη σχεδιάστηκε για να αναζητήσει μια σύνδεση μεταξύ ηλεκτρισμού και μαγνητισμού ή είχε σκοπό να αποδείξει κάτι άλλο εντελώς. Σίγουρα ο Oersted ήταν καλά προετοιμασμένος για να παρατηρήσει ένα τέτοιο αποτέλεσμα, με τη βελόνα της πυξίδας και την μπαταρία (ή «γαλβανική συσκευή», όπως την αποκαλούσε) στο χέρι.

Είτε ήταν εντελώς τυχαίο είτε τουλάχιστον κάπως αναμενόμενο, ο Oersted κίνησε την περιέργεια για την παρατήρησή του. Δεν βρήκε αμέσως μια μαθηματική εξήγηση, αλλά το σκέφτηκε για τους επόμενους τρεις μήνες και συνέχισε να πειραματίζεται, μέχρι που ήταν σίγουρος ότι ένα ηλεκτρικό ρεύμα θα μπορούσε να παράγει μαγνητικό πεδίο (το οποίο ονόμασε «ηλεκτρική σύγκρουση» ).

Στις 21 Ιουλίου 1820, ο Oersted δημοσίευσε τα αποτελέσματά του σε ένα φυλλάδιο, το οποίο κυκλοφόρησε ιδιωτικά σε φυσικούς και επιστημονικές εταιρείες. Τα αποτελέσματά του ήταν κυρίως ποιοτικά, αλλά το αποτέλεσμα ήταν σαφές - ένα ηλεκτρικό ρεύμα δημιουργεί μαγνητική δύναμη.

Η μπαταρία του, ένας βολταϊκός σωρός που χρησιμοποιεί 20 ορθογώνια χαλκού, πιθανότατα παρήγαγε ένα emf περίπου 15-20 βολτ. Δοκίμασε διάφορους τύπους καλωδίων και βρήκε την βελόνα της πυξίδας εκτρεπόμενη. Όταν ανέστρεψε το ρεύμα, βρήκε τη βελόνα να εκτρέπεται προς την αντίθετη κατεύθυνση. Πειραματίστηκε με διάφορους προσανατολισμούς της βελόνας και του σύρματος. Παρατήρησε επίσης ότι το αποτέλεσμα δεν μπορούσε να προστατευθεί τοποθετώντας ξύλο ή γυαλί μεταξύ της πυξίδας και του ηλεκτρικού ρεύματος.

Η δημοσίευση προκάλεσε άμεση αίσθηση και ανέβασε την θέση του Oersted ως επιστήμονα. Άλλοι άρχισαν να ερευνούν τη νέα σύνδεση μεταξύ ηλεκτρισμού και μαγνητισμού. Ο Γάλλος φυσικός André Ampère ανέπτυξε έναν μαθηματικό νόμο για να περιγράψει τις μαγνητικές δυνάμεις μεταξύ των συρμάτων μεταφοράς ρεύματος. Ξεκινώντας περίπου μια δεκαετία μετά την ανακάλυψη του Oersted, ο Michael Faraday απέδειξε ουσιαστικά το αντίθετο από αυτό που είχε βρει ο Oersted - ότι ένα μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο προκαλεί ηλεκτρικό ρεύμα. Μετά το έργο του Faraday, ο James Clerk Maxwell ανέπτυξε τις εξισώσεις του Maxwell, ενώνοντας επίσημα τον ηλεκτρισμό και τον μαγνητισμό.

Ο Oersted συνέχισε να εργάζεται στη φυσική. Ξεκίνησε την Εταιρεία Διάδοσης της Φυσικής Επιστήμης, η οποία ήταν αφιερωμένη στο να καταστήσει την επιστήμη προσβάσιμη στο κοινό, κάτι που θεωρούσε πολύ σημαντικό. Το 1829 ίδρυσε το Πολυτεχνικό Ινστιτούτο στην Κοπεγχάγη. Ήταν επίσης συγγραφέας και ποιητής και συνέβαλε σε άλλους τομείς της επιστήμης, όπως η χημεία - για παράδειγμα, το 1825 παρήγαγε αλουμίνιο για πρώτη φορά. Ο Oersted πέθανε το 1851. Η ανακάλυψή του το 1820 σηματοδότησε την αρχή μιας επανάστασης στην κατανόηση του ηλεκτρομαγνητισμού, παρέχοντας την πρώτη σύνδεση μεταξύ δύο πολύ διαφορετικών φυσικών φαινομένων.