Helmert wordt beschouwd als de grondlegger van de wiskundige en fysieke theorieën van de moderne geodesie en was de eerste die de basis legde voor de methoden van de geoidbepaling. Vanwege het ontbreken van geschikte, veldgeschikte meetinstrumenten konden deze echter pas enkele decennia later in groter formaat worden uitgevoerd. Helmert legde de inmiddels klassieke definitie van geodesie vast als de wetenschap van het opmeten en afbeelden van het aardoppervlak.
Tot Helmerts belangrijkste werken behoort een tweedelig leerboek, dat in 1880 verscheen, waarin hij de theoretische geodesie oprichtte, een snel verspreidend boek over de least squares-methode en artikelen over coördinatentransformaties. Een tot nu toe vaak gebruikte methode is naar hem vernoemd, de zogenaamde Helmert-transformatie. Ook de als hoek tussen de zwaartekrachtvector en de ellipsoïdnormaal in een oppervlakpunt gedefinieerde verticale afwijking is naar hem vernoemd, evenals het Helmert-ellipsoid, waarmee de toonaangevende geodet van zijn tijd de assen van de aarde-ellipsoïd nauwkeuriger kon aangeven dan andere wetenschappers in de daaropvolgende 50 jaar.
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