结束后，白川返国进入筑波大学服务。1979年获助教授职，1982年升为教授，1991年担任筑大大学院理工学研究科长（至1993年3月），1994年担任筑大第三学群长（至1997年3月）。2000年自筑大退休，转任名誉教授。导电塑胶的发现被广泛应用于蓄电池、电磁屏蔽、防静电扩散、抗腐蚀、弹性塑料晶体管和电极、电致发光聚合物显示等各领域，白川等三人也因此于2000年获得诺贝尔化学奖。他是日本获得该奖项的第二人，也是首位没有旧帝国大学学历的日本人诺贝尔奖得主。多年来，白川多次表示，他不希望诺贝尔奖获得太多大众