У 1912-1930 рр. очолював Інститут повітроплавання при Аахенському університеті, працюючи, зокрема, над ранніми моделями вертольоту.
У 1930 році прийняв запрошення Каліфорнійського технологічного інституту і став директором його лабораторії повітроплавання. У 1936 році він стояв біля витоків компанії Аероджет (Aerojet), що робила ракетні двигуни. Починаючи з середини 1940-х рр., займався переважно проблемами астронавтики, взяв участь у створенні ряду дослідницьких співтовариств, у тому числі Міжнародної академії астронавтики (1960).
Наукові досягнення
Основні праці Кармана пов'язані з аеродинамічними проблемами авіації і космонавтики. Ним було розраховано, а потім його ім'ям названа Лінія Кармана — прийнята Міжнародною федерацією аеронавтики умовна межа між земною атмосферою і космічним простором.
Дослідження Кармана про двигуни літаків майбутнього, зроблене в 1944 році, вважається класичним в області технологічного прогнозування. Особливість прогнозів фон Кармана полягала в тому, що він не намагався передбачати характер окремих пристроїв, але вивчав основні перспективні і обмежувальні чинники, функціональні можливості і ключові параметри систем, зосереджував увагу на оцінці альтернативних комбінацій передбачуваних досягненні науки і техніки і намагався вміщувати свої прогнози в чіткі 15-20-річні часові рамки.