Po powrocie do Uppsali Celsius podjął starania, by wznieść w Szwecji pierwsze uniwersyteckie obserwatorium. Działania te zakończyły się sukcesem w 1740 r. (niektóre źródła podają rok 1741). Celsius nie zapisał się w szczególny sposób w historii astronomii. Należał do pierwszych uczonych, którzy stwierdzili, że zjawisko zórz polarnych ma charakter magnetyczny. Opublikował katalog jasności około 300 gwiazd, wyznaczonych w oryginalny sposób. Osłabiał światło gwiazdy za pomocą szklanej płytki. Za miarę jasności gwiazdy przyjmował liczbę płytek, które pozwalały całkowicie stłumić jej blask. W systemie Celsiusa najjaśniejsza gwiazda ziemskiego nieba, Syriusz, miała jasność 25 płytek szklanych.
W 1742 r. w „Kungliga Svenska Vetenskaps Academiens Handlingar” (Kroniki Królewskiej Szwedzkiej Akademii Nauk) ukazał się artykuł Celsiusa zatytułowany "Uwagi o dwóch stałych stopniach termometru". W ten sposób narodziła się skala Celsjusza, a uczony trafił do historii fizyki. Celsius proponował wykorzystanie w pomiarach temperatury dwóch punktów – topnienia lodu oraz wrzenia wody – i podzielenia skali pomiędzy nimi na 100 stopni, przy czym punktowi topnienia miało odpowiadać 100 stopni (zob. wyjaśnienie poniżej), natomiast punktowi wrzenia – 0. Już wcześniej proponowano na punkt odniesienia skali temperatur moment zamarzania wody.