Кастлер открыл метод оптической ориентации атомов, позволяющий с помощью поляризованного света передвигать электроны в атомах с одного магнитного подуровня на другой. При вручении Кастлеру Нобелевской премии в 1966 году было отмечено, что его идея оптической «накачки» атомов сыграла ключевую роль в создании лазера Басовым, Прохоровым и Таунсом.