Oeschgers grosse Leistung war es, Methoden der modernen Physik in die Erforschung des Systems Erde einzubringen. 1962 begann er Firn und Eis, die physikalische und chemische Informationen über die Umwelt enthalten, zu erforschen. Die Teilnahme an internationalen Expeditionen nach Grönland und in die Antarktis verschaffte seiner Forschungsgruppe Zugang zu polaren Eisbohrkernen. Dank den von Oeschger und seinen Kollegen entwickelten Bohr- und Messmethoden gelang aus diesen Kernen eine einzigartige Rekonstruktion der Klimageschichte.