Герельс впервые стал использовать в 50-х годах фотометрическую систему для поиска астероидов, а также исследовал зависимость длины волны от поляризации звёзд и планет, публикуя свои исследования в «Астрономическом журнале» (англ. Astronomical Journal).
Совместно с Корнелис Йоханнес ван Хаутеном и Ингрид ван Хаутен-Груневельд обнаружил более чем 4000 астероидов, включая астероиды группы Аполлон, астероиды группы Амура, и множество троянских астероидов. Для своих наблюдений Герельс использовал 48-дюймовый телескоп системы Шмидта в обсерватории Паломар и отправлял фотопластины двум голландским астрономам в Лейденскую Обсерваторию, которые анализировали их и выявляли новые, неизвестные ранее, астероиды. Трио совместно приписывают несколько тысяч открытий. Герельс также обнаружил много комет.
Он был основным учёным-фотополяриметристом при экспериментах с Фотополяриметром (англ. Photopolarimeter) на Пионере 10 и Пионере 11.
Герельс написал ряд учебников по тематике космических исследований, был главным редактором при издании первых 30 выпусков газеты Аризонского университета. Он также начал программу Spacewatch и был её основным исследователем — программа электронного наблюдения за кометами и астероидами.
Астероид (1777) Герельс назван в честь него.