Objął wtedy nowo powstałą Katedrę Geologii na Uniwersytecie w Durham, najpierw jako profesor nadzwyczajny (reader), a od 1925 jako profesor zwyczajny. W 1943 przeniósł się do Edynburga, gdzie objął stanowisko na tamtejszej uczelni, a w 1944 roku został wybrany członkiem (fellow) . Ze względu na pogarszający się stan zdrowia, Holmes zrezygnował ze stanowiska na Uniwersytecie Edynburskim, zaś Senat tej uczelni nadał mu zwyczajowy tytuł profesora emerytowanego (Professor Emeritus).
Badania geologiczne W 1911 Holmes opublikował artykuł, w którym przedstawił wyniki pierwszego udanego datowania izotopowego skał poprzez zwrócenie uwagi na okres rozpadu uranu.
Już w 1913 w swojej książce The Age of the Earth („Wiek Ziemi”) postulował, aby większą uwagę zwracać na metody datowania wieku skał oparte na promieniowaniu, niż na inne, takie jak metoda geologicznej sedymentacji, czy też oparte na hipotezie o globalnym ochładzaniu powierzchni ziemskiej.