In seguito all'attuazione su larga scala della Soluzione Finale, Kremer venne inviato come "Obersturmführer" al campo di concentramento di Auschwitz, entrando a far parte del personale medico SS. Kremer era particolarmente interessato agli effetti della fame sul corpo umano e specialmente sul fegato, ed era il responsabile delle selezioni ad Auschwitz. Spesso eseguiva autopsie per estrarre campioni dal fegato, dalla milza e dal pancreas, e nel suo diario viene menzionata anche l'estrazione di organi e tessuti (che lui chiamava "materiale vivente fresco") da vittime vive, come il 15 ottobre 1942, quando scrive: "Materiale vivente fresco di fegato, milza e pancreas prelevati da un individuo anormale". All'udienza del 30 luglio 1947, Kremer dichiarò che "osservavo attentamente i prigionieri di questo gruppo gassare e ogni volta che uno di loro mi interessava particolarmente a causa del suo stadio avanzato di inedia, ordinai al personale medico di prenotarlo e informarmi quando questo paziente sarebbe stato ucciso per iniezione".