Nadat hij naam had gemaakt, wendde hij zich tot andere wetenschappelijke vraagstukken.
Fysiologie
In 1904 hield hij (aan de Universiteit van Californië) verschillende voordrachten, om te trachten de toepassing van de methoden van de fysische scheikunde op de studie van de theorie van toxinen en antitoxinen aan te tonen, en die in 1907 werden gepubliceerd onder de titel Immunochemie.
Aard- en planeetwetenschappen
Hij richtte zijn aandacht ook op geologie (het ontstaan van ijstijden), astronomie, fysische kosmologie en astrofysica, waarbij hij het ontstaan van het zonnestelsel door interstellaire botsingen verklaarde. Hij beschouwde stralingsdruk als een verklaring voor kometen, de zonnecorona, de aurora borealis, en het zodiakale licht.
Hij dacht dat het leven van planeet naar planeet zou kunnen zijn gebracht door het transport van sporen. Dit idee staat nu bekend als panspermia.
Broeikaseffect
Arrhenius bedacht een theorie om de ijstijden te verklaren, en in 1896 was hij de eerste wetenschapper die dacht dat veranderingen in het kooldioxidegehalte in de atmosfeer een grote verandering van de oppervlaktetemperatuur teweeg konden brengen door het broeikaseffect. Hij werd beïnvloed door het werk van anderen, waaronder Joseph Fourier. Arrhenius gebruikte infraroodwaarnemingen van de maan om de absorptie van infrarode straling door atmosferische CO2 en waterdamp te berekenen. In zijn oorspronkelijke vorm luidt de broeikaswet van Arrhenius als volgt:
"Als de hoeveelheid koolzuur meetkundig toeneemt, zal de toename van de temperatuur bijna rekenkundig toenemen".
Deze vereenvoudigde uitdrukking wordt vandaag de dag nog steeds gebruikt:
ΔF = α ln(C/ C 0 {Stijl C_{0}}
)
Zijn boek Worlds in the making (1908) was gericht op een algemeen publiek. Hij suggereerde dat de menselijke uitstoot van CO2 sterk genoeg zou zijn om te voorkomen dat de wereld in een nieuwe ijstijd terecht zou komen, en dat een warmere aarde nodig zou zijn om de snel groeiende bevolking te voeden:
"Tot op zekere hoogte houdt de temperatuur van het aardoppervlak verband met de omringende atmosfeer, met name door de doorlaatbaarheid van deze laatste voor warmtestraling". (p46)
"De theorie werd de warm-huis-theorie genoemd, omdat men dacht dat de atmosfeer werkte op de manier van de ruiten van warm-huizen. (p51)
"Als de hoeveelheid koolzuur in de lucht zou dalen tot de helft van het huidige percentage, zou de temperatuur met ongeveer 4° dalen; een verlaging tot een kwart zou de temperatuur met 8° doen dalen. Daarentegen zou elke verdubbeling van het percentage kooldioxide in de lucht de temperatuur van het aardoppervlak met 4° doen stijgen; en als het kooldioxide verviervoudigd zou worden, zou de temperatuur met 8° stijgen". (p53)
"Hoewel de zee, door koolzuur te absorberen, als een regulator van enorme capaciteit fungeert, die ongeveer vijf-zesde van het geproduceerde koolzuur opneemt, erkennen wij toch dat het geringe percentage koolzuur in de atmosfeer door de vooruitgang van de industrie in de loop van een paar eeuwen tot een merkbare graad kan worden veranderd". (p54)
"Door de invloed van het toenemende koolzuur in de atmosfeer mogen we hopen dat we eeuwen zullen beleven met een gelijkmatiger en beter klimaat, vooral in de koudere streken van de aarde, eeuwen waarin de aarde veel overvloediger oogsten zal voortbrengen dan nu het geval is, ten bate van een zich snel voortplantende mensheid". (p63)
Hij was de eerste die voorspelde dat de uitstoot van kooldioxide door de verbranding van fossiele brandstoffen en andere verbrandingsprocessen de opwarming van de aarde zou veroorzaken. Arrhenius geloofde duidelijk dat een warmere wereld een positieve verandering zou zijn. Toch werd het broeikaseffect tot ongeveer 1960 door de meeste wetenschappers verworpen omdat zij het zeer onwaarschijnlijk achtten dat het zou optreden. Milutin Milankovitch had een mechanisme voor ijstijden voorgesteld: hij maakte gebruik van cyclische veranderingen in de baan van de aarde (Milankovitch-cycli). Tegenwoordig is de algemeen aanvaarde verklaring dat orbitale forcering de timing van ijstijden bepaalt, waarbij CO2 als versterkende terugkoppeling fungeert.
Menselijke zaken
Hij dacht aan het idee van een universele taal (één taal die door iedereen zou worden gesproken) en stelde een wijziging van de Engelse taal voor.
Arrhenius was een van de vooraanstaande Zweedse wetenschappers die hielpen bij de oprichting van het Rijksinstituut voor Rassenbiologie in 1922. Dit was een door eugenetica beïnvloed idee. Het was oorspronkelijk voorgesteld als een Nobel Instituut. Arrhenius was lid van de raad van bestuur van het instituut, zoals hij dat ook was geweest in de Zweedse Vereniging voor Rassenhygiëne (Eugenetica), opgericht in 1909.
