В период работы в обсерватории Гамбургского университета Бааде занимался исследованием комет, астероидов, переменных звезд. В 1920 он обнаружил астероид Гидальго, в 1923 - новую комету, уже работая в Америке в 1949 открыл астероид Икар. Проводя с помощью крупнейших телескопов наблюдения ближайших галактик (в частности М31 в созвездии Андромеды), он сумел разложить их на звезды (1944). Звездное население галактик Бааде разбил на две группы. Первая - это молодые горячие звезды, состоящие из водорода (90%) и гелия (9%) и содержащие железо, никель, углерод и некоторые более тяжелые элементы. Вторая группа - это более старые звезды, состоящие почти целиком из водорода и гелия, в которых содержание тяжелых элементов в 10-100 раз меньше, чем в звездах первой группы. Концепция существования двух типов звездного населения галактик принесла Бааде мировую известность и сыграла важную роль в развитии теории эволюции звезд. Его исследования в области сверхновых звезд также принесли важные результаты. В частности, он показал, что вспыхивающие звезды, которые наблюдали Тихо Браге (1572) и Иоганн Кеплер (1604), были вспышками сверхновых, а туманности, наблюдаемые до сих пор на месте этих звезд, это остатки вспышек. В 1934 он впервые высказал предположение о возможности образования нейтронной звезды после вспышки сверхновой.
Награжден золотой медалью Лондонского королевского астрономического общества (1954), медалью Тихоокеанского астрономического общества.