En su investigación en química orgánica y bio-orgánica, Eschenmoser ha hecho contribuciones a la teoría de la biosíntesis del terpeno, la elucidación de la estructura de productos naturales, la estereoquímica y el mecanismo de las reacciones organoquímicas y bioquímicas, el desarrollo de nuevos métodos de síntesis orgánica, la síntesis total de productos naturales complejos y la etiología química de la estructura del ácido nucleico.