หลังจากที่เซมันได้ผ่านการทดสอบในปี ค.ศ. 1885 เขาก็ได้เข้าศึกษาฟิสิกส์ในมหาวิทยาลัยไลเดิน อยู่ภายใต้การควบคุมของไฮเกอ กาเมอร์ลิง โอนเนิส และแฮ็นดริก โลเรินตส์ ในปี ค.ศ. 1890 ก่อนที่เขาจะทำวิทยานิพนธ์เสร็จ เขาได้ไปเป็นผู้ช่วยของโลเรินตส์ และสิ่งนี้ก็ได้พาเขาไปสู่การโปรแกรมการทำวิจัยของปรากฏการณ์เคอร์ (Kerr effect) ในปี ค.ศ. 1893 เขาก็ได้เสนอวิทยานิพนธ์ระดับปริญญาเอกจากปรากฏการณ์เคอร์ คือเป็นการสะท้อนของแสงโพลาไรซ์บนพื้นผิวที่เป็นแม่เหล็ก หลังจากที่เขาจบระดับปริญญาเอกแล้วเขาก็ได้เดินทางไปอยู่ที่สถาบันฟรีดริช โคลเราช์ ในเมืองสทราซบูร์ ในปี ค.ศ. 1895 เมื่อเขากลับมาจากเมืองสทราซบูร์ เซมันก็ได้ไปเป็นวิทยากรภายนอกในวิชาคณิตศาสตร์และฟิสิกส์ในเมืองไลเดิน ในปีเดียวกันนี้เขาก็ได้แต่งงานกับโจแอนนา อลิซาเบธ ลีเบรธ (Johanna Elisabeth Lebret) มีชีวิตอยู่ในปี ค.ศ. 1873–1962 มีลูกสาวด้วยกัน 3 คน และลูกชายอีก 1 คน

ปี ค.ศ. 1896 3 ปีหลังจากที่เขาทำวิทยานิพนธ์เกี่ยวกับปรากฏการณ์เคอร์เสร็จ เขาขัดคำสั่งของหัวหน้างานของเขาและได้ทำการทดลองเกี่ยวกับการวัดค่าการแยกของเส้นสเปกตรัมจากสนามแม่เหล็กที่เข้มข้น จึงถูกไล่ออกจากการกระทำ แต่เขาก็ได้รับการพิสูจน์ภายหลัง จนในปี ค.ศ. 1902 เขาก็ได้รางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์สำหรับการค้นคว้าของเขาที่เป็นที่รู้จักกันในชื่อ ปรากฏการณ์เซมัน และนี่ก็เป็นส่วนหนึ่งในงานวิจัยวิทยานิพนธ์ของเขา เขาได้ทำการค้นคว้าผลของสนามแม่เหล็กบนแหล่งกำเนิดแสง โลเรินตส์ได้รู้จักกับผลงานของเซมันเมื่อวันเสาร์ที่ 31 ตุลาคม ค.ศ. 1896 ในที่ประชุมของราชบัณฑิตยสภาศิลปศาสตร์และวิทยาศาสตร์เนเธอร์แลนด์ในอัมสเตอร์ดัม เมื่อเรื่องนี้ได้นำไปเผยแพร่โดยโอนเนิส และในวันถัดมา โลเรินตส์ก็ได้เชิญเซมันไปที่ห้องทำงานของเขาและได้ให้เซมันนำเสนองานที่เขาได้ค้นพบ โดยอยู่บนพื้นฐานของทฤษฎีของโลเรินตส์คือ การแผ่รังสีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

สิ่งสำคัญของการค้นพบของเซมันได้ถูกนำไปเผยแพร่ และไปช่วยสนับสนุนงานของโลเรินตส์ที่เกี่ยวกับการปล่อยของแสงโพลาไรซ์จากงานของสนามแม่เหล็กที่ค้นพบไว้ก่อนหน้า ขอบคุณงานของเซมันที่ได้ไขข้อสงสัยของการสั่นของอนุภาคที่เกิดขึ้นในงานของโลเรินตส์ที่เป็นประจุลบและมีน้ำหนักเบากว่าอะตอมของไฮโดรเจนเป็นพัน ๆ เท่า การสรุปผลงานนี้ได้เกิดขึ้นก่อนการค้นพบอิเล็กตรอนของทอมสัน ปรากฏการณ์เซมันถือเป็นเครื่องมือสำคัญสำหรับการอธิบายโครงสร้างอะตอม