En 1892 descubrió la histéresis magnética, el fenómeno que produce que los electroimanes cuyo núcleo es un material ferromagnético (como el hierro) no se magnetizan al mismo ritmo que la corriente variable que pasa por sus espiras, sino que existe un retardo. Este fenómeno da lugar a pérdidas de energía, que se disipa en forma de calor. En 1893 desarrolló una teoría matemática aplicable al cálculo de circuitos en corriente alterna, lo que facilitó el cambio de las líneas de energía eléctrica, que inicialmente eran de corriente continua.
Además, investigó las corrientes transitorias que surgen en los circuitos cuando se conecta o se desconecta la fuente de alimentación, que sólo duran hasta que se establece el régimen permanente, pero que pueden causar daños importantes. Para estudiarlas, construyó un generador capaz de producir descargas de 10.000 amperios a 100.000 voltios durante una cienmilésima de segundo, equivalentes a pequeños rayos artificiales. Algunos de sus inventos más importantes son el transformador de fases, la lámpara de arco y un pararrayos. Su trabajo ayudó a imponer la distribución de energía eléctrica por medio de tensiones alternas y no continuas como se hacía en la época.
Charles Steinmtz fue presidente del Instituto Americano de Ingenieros Eléctricos, miembro de la Academia Americana de Artes y Ciencias y en 1902 se hizo profesor de la Universidad de Schenectady ubicada en Nueva York , donde permaneció hasta su muerte.
