Hittorf studierte Mathematik und Naturwissenschaften an der Universität Bonn. Nach Promotion und Habilitation 1846 und 1847 war er von 1852 bis 1889 Dozent und Professor in Münster. Er führte bahnbrechende Untersuchungen über die Beweglichkeit der Ionen bei der Elektrolyse (1853-1859) durch, bestimmte mit Hilfe von Potentialsonden u. a. den Spannungsverlauf in Gasentladungen und fand die geradlinige Ausbreitung und magnetische Ablenkbarkeit der Kathodenstrahlen.