ผลงานหลักของบาร์ตเลตต์ได้แก่การศึกษาสมบัติทางเคมีของธาตุฟลูออรีนและสารประกอบของธาตุฟลูออรีน ใน ค.ศ. 1962 บาร์ตเลตต์สังเคราะห์สารประกอบของก๊าซมีตระกูลชนิดแรกได้แก่ซีนอนเฮกซะฟลูออโรแพลทิเนต[6][7] (Xe+[PtF6]−) ซึ่งขัดแย้งกับแนวคิดเดิมที่ว่าก๊าซมีตระกูลไม่สามารถเกิดสารประกอบเคมีชนิดใดได้ หลังจากนั้นบาร์ตเลตต์ค้นคว้าต่อและสามารถสังเคราะห์สารประกอบฟลูออไรด์ของซีนอนชนิดอื่น ๆ ได้แก่ซีนอนไดฟลูออไรด์ (XeF2) ซีนอนเตตระฟลูออไรด์ (XeF4) และซีนอนเฮกซะฟลูออไรด์ (XeF6)[8] นอกจากนี้เขายังสังเคราะห์สารประกอบของทองคำที่มีเลขออกซิเดชัน +5 ได้เป็นครั้งแรกได้แก่อูนเดคะฟลูออโรซีนอนเฮกซะฟลูออโรออเรต(V) (Xe2F11+AuF6−) โดยใช้สมบัติทางเคมีของซีนอนเฮกซะฟลูออไรด์[9]