Strassburgban doktorált 1884-ben Kundtnál. 1893-ban a drezdai műszaki egyetem professzora lett. 1887-ben a Hertz által felfedezett, később fényelektromos jelenség néven ismertté vált jelenség részletes vizsgálata során felfedezte, hogy az ultraibolya sugárzás hatására egy negatív töltésű, és elektromosan szigetelt fémlemez elveszíti töltését, a töltéssel nem rendelkező fémlemez pedig pozitív töltésű lesz. A pozitív töltésű fémlemez azonban nem veszíti el töltését. A hatás csak a hullámhossz bizonyos, az adott fémtől függő értéke alatt lép fel. A jelenséget róla nevezték el Hallwachs-effektusnak. Később Lénárd Fülöp mutatta ki, hogy a jelenség során a fémből elektronok lépnek ki. Az effektusnak fontos szerepe volt Einstein fénykvantum-hipotézisének megfogalmazásában. Számos, a gyakorlati életből is ismert eszköz, így a fotocella és a napelem ezen a jelenségen alapul.