Trong Thế chiến II, Hynek là một nhà khoa học dân sự tại Phòng thí nghiệm Vật lý Ứng dụng Johns Hopkins, nơi ông đã giúp phát triển ngòi nổ gần ở đài phát thanh của Hải quân Mỹ.

Sau chiến tranh, Hynek trở lại Khoa Vật lý và Thiên văn học tại bang Ohio, trở thành giáo sư chính thức vào năm 1950. Năm 1953, Hynek đã đệ trình một báo cáo về sự biến động của độ sáng và màu sắc của ánh sao và ánh sáng ban ngày, nhấn mạnh vào các quan sát ban ngày.[3]

Năm 1956, ông rời khỏi trường để tham gia cùng giáo sư Fred Whipple, nhà thiên văn học Harvard, tại Đài quan sát Vật lý thiên văn Smithsonian, đã kết hợp với Đài thiên văn Harvard tại Harvard. Hynek được giao nhiệm vụ chỉ đạo theo dõi một vệ tinh không gian của Mỹ, một dự án cho Năm Địa vật lý Quốc tế vào năm 1956 và sau đó. Ngoài hơn 200 nhóm gồm các nhà khoa học nghiệp dư trên khắp thế giới là một phần của Chiến dịch Moonwatch, còn có 12 trạm chụp ảnh Baker-Nunn. Một máy ảnh đặc biệt đã được phát minh cho nhiệm vụ và một nguyên mẫu đã được chế tạo và thử nghiệm và sau đó tách ra một lần nữa khi vào ngày 4 tháng 10 năm 1957, Liên Xô đã phóng vệ tinh đầu tiên, Sputnik 1.

Sau khi hoàn thành công việc của mình trong chương trình vệ tinh, Hynek trở lại giảng dạy, đảm nhận vị trí giáo sư và chủ nhiệm khoa thiên văn tại Đại học Northwestern vào năm 1960.