1898-1908 yılları arasında Viyana Üniversitenin Patolojik Anatomi bölümünde asistan oldu. Burada morbid fizyolojisi ve anatomisi üzerine çalışmalara başladı. Menenjitin bakteriyel nedenini bulan profesör A. Weichselbaum ve pnömokokları keşfeden Fraenckel ile birlikte çalışmaları oldu.

Landsteiner, kan grupları ve bağışıklık alanındaki öncü çalışmalarıyla tanındı. 17.YY’dan beri bilinen insandan insana kan nakli uygulaması, çoğu kez ölümle sonuçlandığından 19. yy sonlarında pek çok ülkede yasaklanmıştı. Kan naklindeki ölüm nedenlerini araştırmaya başlayan Landsteiner, tüm ilgisini alyuvarlar ile kan serumu arasındaki antijen-antikor tepkimelerine yöneltti. Uzun laboratuvar çalışmaları sonucunda 1901'de, alyuvarlarda A ve B adını verdiği iki tür antijen (aglütinojen) bulunduğunu gösterdi. Kan serumunda bulunan ve her biri bu antijenlerin yalnızca birine özgü olan antikorları da (aglütinin) anti A ve anti B olarak adlandırdı. Daha sonra, bu antijenlerin ve antikorların varlığına ya da yokluğuna göre insanda en az üç kan grubu olduğunu gösterdi; bu grupları A, B ve O olarak adlandırdı. Bir yıl sonra, A ve B antijenlerinin ikisini birden taşıyan ve AB antikorları içermeyen AB grubunu buldu. Kan nakli sırasında farklı kan gruplarının kullanılması ile ortaya çıkabilecek aglütinasyon reaksiyonlarına dikkat çekerek; kan naklini sıradan bir uygulama haline dönüştürmüş ve bağışıklık kimyasının doğuşunu da hazırlamıştır.

1908’de Viyana’daki Wilhelm Kraliyet Hastanesin'de görev aldı.

1908 yılından itibaren yaklaşık on yılını çocuk felci (Poliomyelit) çalışmalarına adadı. Bu hastalıktan ölmüş bir çocuğun beyin omurilik sıvısını maymunlara enjekte ederek hastalık yapıcı etkenin bir virüs olduğunu ilk kez Landsteiner açıkladı. Böylece Poliomyelitin immünolojisi ve sebepleriyle ilgili bugünkü bilgilerimizin temelleri atıldı.