En 1934, el filósofoMartin Heidegger, rector de Friburgo, se enteró de que Staudinger había solicitado la ciudadanía suiza durante la Primera Guerra Mundial, por lo que lo denunció ante el ministerio de Educación local como un pacifista oculto. El ministerio le solicitó la renuncia, pero Staudinger rehusó, por lo que el tema fue dejado de lado ante el escándalo internacional que pudiera haberse suscitado.
Staudinger comienza sus investigaciones estudiando los polímeros. En mayo de 1922 publica un artículo en la revista Helvetica Chimica Acta donde acuña el término macromolécula y sienta las bases de la polimerización. En 1926 expone su hipótesis de que un polímero es una larga cadena de unidades pequeñas unidas por enlaces covalentes.
Desde 1935 amplió su estudio de las soluciones de polímeros a los poliésteres, lo que le permitió descubrir la relación que vincula la viscosidad y el peso molecular.
Desde 1940 fue, además, investigador principal del Instituto de Química Macromolecular.
En 1953 recibió el Premio Nobel de Química «por sus descubrimientos en el campo de la química macromolecular». Su mujer, Magda Woit Staudinger, fue coautora de varios de sus trabajos científicos.