Klitzing studerade de elektroniska egenskaperna hos tunna skikt av halvledare och fann 1980 att den s.k. Hallspänningen (se Halleffekt) varierar i diskreta kvantsprång. Denna s.k. kvantiserade Halleffekt har stor praktisk betydelse för precisionsbestämning av fundamentala konstanter m.m. För sin upptäckt belönades Klitzing med Nobelpriset i fysik 1985.