Après avoir été professeur de chimie à l’école polytechnique de Riga, Wilhelm Ostwald s’installe à Leipzig en 1887 pour devenir professeur de chimie physique à l’université. La phase de Leipzig d’Ostwald fut très productive. Outre la découverte de la relation entre le degré de dissociation et la concentration d’une solution acide (loi de dilution d’Ostwald), il a développé une méthode d’étude des processus physico-chimiques basée sur leur stabilité énergétique (règle des étapes d’Ostwald, maturation d’Ostwald). Il rédige de nombreuses publications, comme son manuel de 1889 intitulé Fundamentals of General Chemistry, et lance également une série de livres intitulée Ostwald’s Classics of the Exact Sciences. En 1894, il mène des recherches sur la catalyse, et en 1901, avec son assistant Eberhard Brauer, il élabore les principes scientifiques et techniques de la production d’acide nitrique par oxydation catalytique de l’ammoniac sur des contacts en platine.

En 1905, Wilhelm Ostwald devient le premier professeur allemand d’échange à se rendre en Amérique. Il a lu à l’Université Columbia à New York, à l’Université Harvard à Cambridge et au Massachusetts Institute of Technology à Boston.

Après sa retraite en 1906, Ostwald a vécu avec sa famille dans sa propriété de campagne connue sous le nom d’Energie à Grossbothen, à près de 40 kilomètres au sud-est de Leipzig. Il y travaillait comme chercheur indépendant.

En décembre 1909, Wilhelm Ostwald reçoit le prix Nobel de chimie à Stockholm pour ses travaux sur la catalyse.