Năm 1904 Giemsa đã xuất bản một bài tiểu luận về quy trình nhuộm cho các loại trùng roi, tế bào máu người và vi khuẩn, mà ông cải tiến từ phương pháp nhuộm của Romanowsky (sử dụng eosin Y và xanh methylene) bằng cách ổn định dung dịch thuốc nhuộm này bằng glycerol.

Phương pháp nhuộm này gọi là phương pháp nhuộm Romanowsky-Giemsa, nay thường gọi tắt là nhuộm Giesa, đã được sử dụng để chẩn đoán có hiệu quả về bệnh sốt rét do Plasmodium, bệnh Chagas do Trypanosoma và bệnh Chlamydia. Ngoài ra phương pháp của ông còn được coi là kỹ thuật chẩn đoán tiêu chuẩn trên thế giới để phân loại u lympho theo hệ phân loại Kiel (Kiel classification lymphoma). Nhờ đó, phương pháp này cho phép nhuộm màu mẫu vật dễ quan sát hơn bằng kính hiển vi thông thường. Phương pháp này vẫn được sử dụng trong các phòng thí nghiệm ngày nay.

Ngoài ra, nhuộm Giemsa còn áp dụng riêng cho nhuộm nhiễm sắc thể trong nghiên cứu di truyền học, tạo thành các băng (vệt hay dải) thường gọi là băng Giemsa.