Som ung ingeniør arbeidet Dornier først med styrkeberegninger i Karlsruhe. I 1910 begynte han ved i Friedrichshafen ved Bodensjøen hvor han avanserte raskt på grunn av sine evner og fikk snart Ferdinand von Zeppelins oppmerksomhet. Han ble raskt utnevnt som Zeppelins personlige rådgiver. Dornier begynte med grunnleggende forskning for å forbedre styrken i lettmetall og senere på fly og gigantiske flybåter bygget i metall. Han var ansvarlig for utviklingen av de første fly med selvbærende skrog helt i metall, inkludert Zeppelin-Lindau D 1 som var det første av slike fly som kom i drift.