В 19261928, работая в Миннесоте, Ван Флек получил свой главный научный результат создал квантовую теорию диа- и парамагнетизма, в частности получил парамагнитную добавку к диамагнитной восприимчивости несимметричных атомов и молекул (ванфлековский парамагнетизм). В 1941 ему удалось дать детальную трактовку антиферромагнетизма, создать теорию молекулярного поля в антиферромагнетиках и описать спин-решеточную релаксацию для парамагнитных ионов в кристаллах. В 1941, когда США вступили во Вторую мировую войну, Ван Флек подготовил ряд материалов для радиационной лаборатории Массачусетского технологического института, вошел в комитет по расщеплению урана Национальной академии наук и провел лето 1941 в Беркли, где изучал возможность создания ядерного оружия. В годы войны выполнил исследование, связанное с повышением отношения сигнал/шум и разработкой способов нейтрализации радаров противника с помощью тонких полосок алюминиевой фольги. В 1945, возглавив физический факультет Гарвардского университета, Лауэ привлек туда на работу целый ряд выдающихся физиков: Н.Бломбергена, Э.Пёрселла, Д.Швингера.
В 1977 Ван Флеку совместно с его бывшим студентом Ф.Андерсоном и Н.Моттом была присуждена Нобелевская премия по физике «за фундаментальные теоретические исследования электронной структуры магнитных и неупорядоченных систем». В своей приветственной речи член Шведской королевской академии наук П.-У.Ловдин назвал работу Ван Флека, «отца современного магнетизма», не только теоретическим прорывом, но и важным вкладом в химию сложных соединений, геологию и новейшие технологии. Принимая премию, Ван Флек сказал: «Нобелевскую премию обычно вручают более молодым. Но в свои 78 я не могу не чувствовать, что этот день вершина моей жизни».
Ван Флек был награжден медалью Майкельсона (1963) и медалью Ленгмюра (1968), Национальной медалью за науку (1967), медалью Лоренца Нидерландской королевской академии наук и искусств (1974). Он был членом Американского физического общества (и его президентом в 19521953), американской Национальной академии наук, Американского философского общества и Международного союза теоретической и прикладной физики, почетным доктором многих университетов, кавалером французского ордена Почетного легиона.
Умер Ван Флек в Кеймбридже (шт. Массачусетс) 27 октября 1980.
Ван Флек Дж. Квантовая механика ключ к пониманию магнетизма. Успехи физических наук, 1979, т. 127
Лауреаты Нобелевской премии. Энциклопедия. М., 1992