В 1905 Штарк обнаружил эффект Доплера в каналовых лучах. Этот эффект, заключающийся в изменении наблюдаемой частоты волн при движении источника, детектора или их обоих, был известен ранее только в акустике, поскольку земному источнику электромагнитного излучения нельзя было сообщить необходимую скорость, чтобы зафиксировать изменение частоты электромагнитного излучения. В 1902 Штарк предсказал, что каналовые лучи, создаваемые в катодной трубке, движутся достаточно быстро, чтобы мог возникнуть регистрируемый эффект Доплера, и в 1905 он действительно обнаружил этот эффект. В 1913 Штарк сообщил о неизвестном ранее явлении расщеплении энергетических уровней атомов и молекул под действием электрического поля, проявляющемся в сдвиге и расщеплении спектральных линий (эффект Штарка).
Штарк был активным оппонентом теории относительности Эйнштейна. В годы гитлеровского режима проявил себя ярым нацистом. В 1947 суд, занимавшийся делами по денацификации, приговорил Штарка к четырем годам исправительных работ за пропаганду антисемитизма. Умер Штарк в Траунштейне 21 июня 1957.
Собельман И.И. Введение в теорию атомных спектров. М., 1964