Estudió en la Universidad de Tubinga, donde obtuvo un doctorado en física a los veintitrés años.
Sus estudios de posgrado en Berlín los hizo en física nuclear y rayos cósmicos.
El más popular de estos modelos se basaba en propulsores iónicos, los cuales utilizaban vapores de cesio o rubidio para acelerar los iones positivamente cargados mediante electrodos engrillados.
Tras esa noche, Stuhlinger se ganaba el apodo del "hombre con el dedo de oro" y se convertía en pieza clave del programa estadounidense de exploración lunar.
Es considerado uno de los pioneros de la propulsión eléctrica, siendo, entre otras contribuciones, autor del clásico texto "Ion Propulsion for Space Flight" (McGraw-Hill, Nueva York, 1964).