高斯不仅是数学家，还是那个时代最伟大的物理学家和天文学家之一。在《算术研究》问世的同一年，即1801年的元旦，意大利天文学家皮亚齐在西西里岛观察到在白羊座（Aries）附近有光度八等的星移动，这颗现在被称作谷神星（Ceres）的小行星质量只有月球的五十分之一。它在天空出现了41天，扫过8度角之后，就在太阳的光芒下没了踪影。当时天文学家无法确定这颗新星是彗星还是行星，这个问题很快成了学术界关注的焦点，甚至成了哲学问题。
比高斯年长七岁的哲学家黑格尔那时正任教于离哥廷根不远的耶拿大学，还只是个无薪讲师。他写文章嘲讽天文学家说，不必那么热衷于找寻第八颗行星，他认为用他的逻辑方法可以证明太阳系的行星不多不少正好是七颗。几个月过去了，这场争论仍未见分晓。年轻的高斯也对此产生了兴趣，他想既然天文学家通过观察找不到谷神星，那么可否利用数学方法找到它呢？高斯相信，天文学是离不开数学的，开普勒正是凭借着自己的数学才能，发现了行星运动三大定律；牛顿也是凭着渊博的数学知识，发现了万有引力定律。
哥廷根天文台（作者摄）
果然，高斯在欧拉工作的基础上，用自己发明的最小二乘法简易地计算出了行星轨道。他根据皮亚齐的观测资料，只用一个小时便算出了谷神星的轨道形状，并预测了它的下一次出现。不管黑格尔有多么不高兴，那年的最后一个夜晚和次年的第一个夜晚，两位天文爱好者分别在德国的两座城市把望远镜对准天空。果然，这颗最早被发现、迄今仍是最大的小行星准时出现在高斯指定的位置上，这应该是他后来得以出任哥廷根天文台台长的重要原因。自那以后，小行星、大行星（海王星）和矮行星（冥王星）接二连三地被人发现了。
在物理学方面高斯最引人注目的成就是在1833年和物理学家韦伯发明了有线电报。韦伯只比狄利克雷年长一岁，他在洪堡召开的一次学术会议上做了一个报告，台下的高斯听了十分欣赏，随后不久便将其引荐延聘到哥廷根。两人各自擅长理论和实践，加上韦伯性格温和谦让，可谓是一对黄金搭档，开始了愉快而卓有成效的合作。次年高斯曾在给鲍耶的信中情意绵绵地提道：“我的生活因为他的出现而变得更加精彩，他的性格非常亲切而又富有天赋。”
可是，四年以后，哥廷根发生了反对废除自由宪法的“七君子事件”，韦伯与六位文科教授（包括高斯的女婿和童话作家格林兄弟）失去了教职。在这场政治较量中，高斯作为哥廷根最有威望的教授并没有挺身而出，而是选择了明哲保身。韦伯被迫去了莱比锡任教（格林兄弟到了卡塞尔），直到12年后才重返哥廷根，接替高斯担任天文台台长，但没有再担任教职。
高斯和韦伯的电报术利用了丹麦人奥斯特的电磁转向与电流方向垂直原理（1820）和苏格兰人法拉利的电磁感应原理（1831）。这项发明使得高斯的声望首次超出学术圈进入公众，但他们的商业意识不太强，一直使用那台电报机，直到1845年被一次闪电打坏为止。其时，在英国和美国，电报产业早已如火如荼地开展起来了。有趣的是，作为一名科学家，高斯是韦伯的恩师；而作为磁场感应的单位，一高斯只有一万分之一韦伯。
对于天文台台长高斯来说，望远镜是不可或缺的工具，除了用来观察天空以外，他还用自制的望远镜推动了光学研究。1843年，高斯的光学巨著《光折射研究》出版，书中首次提出了光的焦距、焦面和焦点等概念。他利用几何学的方法，证明了不论透镜有多厚，光的折射均可以用薄透镜或单折射面的简单公式来研究推导。在此以前，欧拉、拉格朗日和莫比乌斯都只考虑薄透镜的折射，而实际面临的应用问题并非如此。
在流体静力学方面，高斯写过一篇重要论文《关于力学的一个新的普遍原理》（1829），提出了后人所称的高斯最少约束原理，即任何一组相互影响并受外界影响的质点，在任何时刻其运动的方式必尽可能地接近自由运动，也就是最少约束运动。此处的约束是以每个质点离开自由运动轨迹的距离的平方乘上质量后，对所有质点求和来决定的。高斯曾感叹说：“自然对于一个物理运动方式的修正，与数学家对他的观察数据修正一样，都是采用最小二乘法进行的。”
除此以外，高斯在测地学、水工学、电动学等方面也有杰出的贡献。即使是数学领域，我们谈到的也只是他年轻时在数论领域里所做的部分工作，在其漫长的一生中，他几乎在数学的每个领域都有开创性的工作。例如，前文提及的最小二乘法便是一种数学优化技巧，通过平面上的一组坐标值来确定一条直线的方程。这是高斯当年用以找寻谷神星的数学工具，后来他把它写进著作《天体运动论》（1809）。最小二乘法如今在测绘学中有着广泛的应用，可是因为法国数学家勒让德独立发现并发表在先（1806），曾有过不太愉快的优先权之争。1829年，高斯还给出了最小二乘法的优化效果强于其他方法的证明。
又如，在高斯发表了《曲面论上的一般研究》大约一个世纪之后，爱因斯坦评论说：“高斯对于近代物理学的发展，尤其是对于相对论的数学基础所做的贡献（指曲面论），其重要性是超越一切，无与伦比的。”而他对椭圆函数的先驱性发现和非欧几何学方面的划时代工作，都没有在生前发表。说到椭圆函数，它是一种双周期的亚纯函数，最初是从求椭圆弧长时导出来的，直到今天仍是数学的研究热点。正是由于高斯在《算术研究》里暗示了这片未开采的处女地，引导后来阿贝尔和雅可比开展了一场著名的数学竞赛。
至于非欧几何学，堪称现代数学史上最伟大的发现。高斯是最早怀疑欧氏几何是自然界和人类思想所固有的人之一（拥护的人中有牛顿和康德）。欧几里得是建立系统性几何学的第一人，他的著作中的部分思想被称为公理，它们是通过逻辑构建整个系统的出发点。在这些公理中，平行公理显得尤为突出。依照这条公理，通过给定直线外的任意一个点只能作一条直线与该直线平行。许多人试图从其他公理推出这一公理，但没有一个证明是正确的，高斯是最早意识到可能存在平行公理不适用的几何学的人之一，后来他自己证实了这一点，且新的几何学内部是相容的。
1830年前后，当俄国的罗巴切夫斯基和鲍耶先后发表他们的非欧几何学时，高斯才宣称早在30年前他就得出了同样的结果。事实上，在1799年9月的一则日记里，高斯这样记载：“在几何基础的问题上，我们得到了很好的结果。”同年底他在给老鲍耶的信中写道：“面积任意大三角形的存在性与欧氏平行公理是等价的。而在非欧几何学里，所有三角形的面积都不能超过一个界限。”1824年，高斯在给一位业余数学家的信中写道：“由三角形内角和小于一百八十度的假设中可以导出一种奇异的几何，这种几何与欧氏几何大不相同，但其本质却是相合的。”对此老鲍耶十分理解，他说：“很多事物仿佛都有那么一个时期，届时它们在许多地方同时被人们发现了，正如在春季看到紫罗兰处处开放一样。”
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