1817 civarında, Bessel karşılıklı kütle çekimi altında üç cismin hareketlerini anlamaya yardımcı olmak için artık Bessel fonksiyonları olarak adlandırılan bir dizi matematiksel fonksiyonu tanıttı. Bessel'in jeodeziye katkısı, dünyanın büyüklüğü, şekli ve yerçekimi alanı ile ilgili matematik, dünyanın şeklinin bir küreden saptığı 1841 hesaplamasını içermiştir.
Bessel, evrenin ölçeğini oluşturmanın temellerini attı. Yaklaşık 50.000 yıldızın pozisyonlarını doğru olarak ölçtü ve bir yıldızın diğerine göre çok küçük hareketlerini gözlemledi. Kendisi tarafından bilinen en doğru harekete sahip olan 61 yaşındaki Cygni'nin her yıl elipine taşındığını gösterdi. Bessel, bu hareketi, paralaks denen, güneşin etrafındaki toprağın hareketine bağladı. Topraktan 61 Cygni'ye olan mesafeyi hesaplayarak Bessel, güneş dışındaki bir yıldızın mesafesini doğru olarak ölçen ilk kişi oldu. Ayrıca ölümünden sonra keşfedilen Uraunus-Neptün'ün ötesinde başka bir gezegenin varlığını da tahmin etti.