După ce a fost profesor de chimie la Politehnica din Riga, Wilhelm Ostwald s-a mutat la Leipzig în 1887 pentru a deveni profesor de chimie fizică la această universitate. Etapa de la Leipzig a lui Ostwald a fost foarte productivă. Pe lângă faptul că a descoperit relația dintre gradul de disociere și concentrația soluției acide (legea diluției lui Ostwald), el a dezvoltat o metodă de studiere a proceselor fizico-chimice pe baza stabilității energetice a acestora (regula pașilor lui Ostwald, maturarea lui Ostwald). A scris numeroase publicații, cum ar fi manualul său din 1889 Fundamentals of General Chemistry (Fundamentele chimiei generale), și a lansat, de asemenea, o serie de cărți intitulate Ostwald’s Classics of the Exact Sciences (Clasicii științelor exacte ale lui Ostwald). În 1894, a efectuat cercetări în domeniul catalizei, iar în 1901, împreună cu asistentul său Eberhard Brauer, a elaborat principiile științifice și tehnice de producere a acidului azotic prin oxidarea catalitică a amoniacului pe contacte de platină.

În 1905, Wilhelm Ostwald a devenit primul profesor german de schimb care a călătorit în America. El a citit la Universitatea Columbia din New York, la Universitatea Harvard din Cambridge și la Massachusetts Institute of Technology din Boston.

După pensionarea sa în 1906, Ostwald a locuit împreună cu familia sa pe proprietatea sa de la țară cunoscută sub numele de Energie în Grossbothen, la aproape 40 de kilometri sud-est de Leipzig. El a lucrat acolo ca cercetător independent.

În decembrie 1909, Wilhelm Ostwald a primit Premiul Nobel pentru Chimie la Stockholm pentru activitatea sa în domeniul catalizei.

.