Elsők között alkalmazott kvantummechanikai összefüggéseket a molekulaszerkezet, elsősorban a kémiai kötéssel kapcsolatos problémák tanulmányozására.
Az ő nevéhez fűződik az elektronegativitás fogalmának bevezetése, amellyel megkönnyítette a kémiai kötés értelmezését. Pauling ez alapján több vegyület kötési energiáját kiszámította.
Elismerései