Er beschäftigte sich intensiv mit Röntgenspektren und erarbeitete eine Theorie der heterogenen chemischen Verbindungen und der Ionenkristalle. Mit dem nach ihm benannten Kosseleffekt führte er den Nachweis von Röntgenstrahlinterferenzen, die auftreten, wenn die Strahlenquelle im Kristall selbst liegt.

Für seine Arbeiten wurde er 1956 mit der Röntgenmedaille ausgezeichnet.