1912 wurde Mollison Kustos am Anatomischen Institut in Heidelberg, wo er 1916 Extraordinarius wurde. Als Nachfolger von Hermann Klaatsch bekam er das Extraordinariat für Anthropologie und Völkerkunde in Breslau und 1921 wurde er dort zum Ordinarius ernannt. Vom 1. April 1926 bis zu seiner Emeritierung im Jahr 1939 war er als Nachfolger seines akademischen Lehrers Rudolf Martin Professor und Direktor des Anthropologischen Instituts der Ludwig-Maximilians-Universität München. Ab 1933 war er Mitherausgeber des "Archivs für Rassen- und Gesellschaftsbiologie" und Vorsitzender der Münchner Gesellschaft für Rassenhygiene zur „Vervollkommnung der Rasse“. In seinen Schriften bejahte er den Nationalsozialismus und die nationalsozialistische Rassenideologie. So schrieb er 1934: „Die unwahre Behauptung von der Gleichwertigkeit der Menschen gab den Vorwand dafür ab, das Minderwertige zu stützen“. 1938, im Jahr des Anschlusses von Österreich, schrieb er: „Mit Ausnahme der wenigen, die durch jüdische oder freimaurerische Beziehungen gebunden sind, stimmen wir Wissenschaftler freudig ein in den Ruf: ‚Heil Hitler!‘“