Zajmował się m.in. eterami koronowymi, odkrytymi przez Charlesa Pedersena. Uzyskał związki tworzące struktury trójwymiarowe, pozwalające na zamknięcie cząsteczki innego związku. Związki tego typu opisuje chemia supramolekularna.
W 1987 roku wraz z Jeanem-Marie Lehnem i Charlesem Pedersenem otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii za wkład w badania cząsteczek, które dzięki swej strukturze oddziałują w sposób wysoce selektywny z innymi cząsteczkami.
Nazywany był "ojcem bomby atomowej". W latach 40 - tych XX wieku kierował zespołem, który opracował pierwszą na świecie bombę atomową.
Po II wojnie światowej został przewodniczącym komitetu doradczego nowo utworzonej Komisji Energii Atomowej i używał swojej pozycji do walki na rzecz międzynarodowej kontroli energii atomowej oraz zapobiegania wyścigowi zbrojeń atomowych z ZSRR.
W 1964 roku prezydent John F. Kennedy przyznał mu Nagrodę Enrica Fermiego.
Był profesorem logiki i metafizyki na Uniwersytecie Albrechta w Królewcu. Wykładał filozofię, matematykę, antropologię i geografię fizyczną. Był głównym przedstawicielem klasycznej niemieckiej filozofii idealistycznej i jednym z najwybitniejszych reprezentantów oświecenia.
Jedną z najważniejszych jego idei filozoficznych było to, że wiedza nie jest absolutna ani pewna. Możemy mieć dużą wiedzę, ale ważna jest świadomość, że nie mamy wiedzy absolutnej. Uważał również, że wiedza pochodzi z doświadczenia.
Światową sławę przyniosły mu trzy najważniejsze dzieła: "Krytyka czystego rozumu" , "Krytyka praktycznego rozumu" i "Krytyka władzy sądzenia".
Był członkiem 20 towarzystw naukowych w całej Europie.