Sabibaripun pikantuk gelar, ugi wonten ing taun 1915, Zernike nggantosi Örnstein minangka dhosèn wonten ing babagan fisika matematika lan mekanika teoretis lan nalika taun 1920 piyambakipun dados profesor. Wonten ing taun 1920-an Zernike makarya inng babagan fisika statistik. Sesarengan kaliyan Örnstein, lan salajengipun J.A. Prins, Zernike nyerat sapérangan artikel fenomena fluktuasi. Wonten ing statistika molekul piyambakipun nepangaken konsèp fungsi distribusi radial, nemtokaken jumlah kepadatan rata-rata pusat molekul sakitar pusat molekul ingkang éwah. Kanggé "Handbuch der Physik" piyambakipun nyerat 1 pasal babagan téyori probabilitas lan statistika matematika (1928). Nalika taun 1930-an, kejawi boten nilaraken karyanipun babagan mekanika statistik, Zernike samsaya kapéncut kaliyan optika fisik. Piyambakipun sampun kalatih minangka pendamel piranti: rikala wiwitan taun 1921, piyambakipun sampun damel galvanometer kanthi tliti lan sadangunipun taun 1930-an piyambakipun makarya wonten ing pendamelan mikroskop fase kontras. Piyambakipun nyinaoni cacat wonten ing kaca mikroskop lan manggihaken bilih wonten bedanipun fase wonten ing difraksi cahya wonten ing zat-zat ingkang bènten. Kanthi manggihaken cara saperlu nambahaken kontras fase, Zernike saged damel mikroskop ingkang langkung kiyat, ingkang kanthi mikroskop damelanipun tiyang saged nyinaoni benda hidup (pencemaran limrahipun mbrasta sèl). Nalika taun 1936 piyambakipun pikantuk hak paten saking penemuanipun. Zernike dangu dados sarjana. Nalika taun 1920-an piyambakipun dumunung kaliyan sadhérékipun, Elisabeth Zernike, ingkang minangka pengarang, sesarengan kaliyan ibunipun. Pungkasanipun, nalika Januari 1930, piyambakipun palakrama kaliyan Theodora Willernina van Bommel van Vloten. Saking punika dipunparingi 1 putra (saking palakrama sadéréngipun dipunparingi 1 putri). Nalika Fèbruari 1945, sawatawis wekdal sadéréngipun pembebasan Groningen, garwanipun Zernike tilar donya.