À sa sortie de l'université, il est recruté par les Laboratoires Bell à New York, où il débute comme concepteur de filtres électroniques. En 1929, il est assigné au Groupe de Recherches Mathématiques des Laboratoires Bell, où il se montre particulièrement doué dans ses recherches sur la théorie des réseaux électroniques et ses applications aux télécommunications. Encouragé par les Laboratoires Bell, il intègre l'Université Columbia où il obtient un doctorat de physique en 1935.
En 1938, il met au point les diagrammes de Bode. Ses travaux sur les systèmes de rétroaction ont conduit à de nouvelles méthodes d'analyse de la stabilité d'un système. Ces méthodes permettent aux ingénieurs d'étudier la stabilité dans le domaine temporel en utilisant les concepts de gain et de déphasage dans le domaine fréquentiel, à l'aide de ces diagrammes désormais célèbres. Ses méthodes d'analyses dans le domaine fréquentiel sont bien plus simples et rapides que l'étude dans le domaine temporel utilisée jusqu'alors. Ses travaux fournissent aux ingénieurs à la fois une méthode d'analyse de stabilité simple et intuitive, et un outil de conception de systèmes qui est aujourd'hui aussi populaire qu'il était révolutionnaire à l'époque.