1963年—1967年，任美国圣巴巴拉民主制度研究中心研究教授。

1967年—1969年，任加利福尼亚大学圣迭戈分校教授。

1969年—1973年，任斯坦福大学教授。

1974年，创办鲍林科学与医学研究所，并担任所长。

1975年，辞任鲍林科学与医学研究所所长职务。

1994年8月19日，因癌症在加利福尼亚州大苏尔的牧场去世，享年93岁。

化学键理论

1927年起，莱纳斯·卡尔·鲍林运用X射线衍射、气相电子衍射、红外辐射、拉曼辐射、紫外辐射等多项分析手段，确定了一些物质分子或晶体的微观结构特征。在此基础上，鲍林便提出了化学键理论，即杂化轨道理论、共振理论、电负性概念等。“化学键的本质：量子力学和顺磁性理论应用于分子结构解析”“原子的共价半径与含电子对晶体的原子间距”是他的代表作品。他的理论不单单针对氢分子离子、氢分子等简单分子，而是对于苯、萘一类结构较为复杂的物质也能够给出很好的说明。

在《化学键的本质》一文中，鲍林总结了共价键和氢键的基本性质，并且用杂化轨道理论解决了当时一个突出的理论难题。通过量子力学计算可以得出，碳原子的4个外层电子中，有2个成对位于2s轨道，另外2个电子各单独占据1个2p轨道，与其他原子的电子结合形成2个共价键。但是化学家很早就通过实验证明：碳原子与周围原子形成4个等价的化学键。鲍林给出一个新的解释：当分子形成时，键特征函数的量子化结果发生了改变，即“打破量化”或者“摧毁量化”，形成s轨道与p轨道的“杂化（hybridization）”， 结果4个能量级相同的sp杂化轨道每一个都容纳1个碳原子外层电子，供其形成1个共价键。

在杂化轨道理论的基础上，鲍林又提出了“共振（resonance）”概念。他认为，某一种分子的分子结构可以看作是由两种或者多种不同的键合形态共振的结果。

除了丰富和巩固共价键理论，鲍林用顺磁性作为标准，将化学键区分为不同类型：共价键、离子键、金属键、氢键等。后来，他又给出了描述化学键特征的各种参数，例如共价键的键长、键角、电负性标度等。他提出了离子半径的概念和离子晶体的结构法则，总结出金属键的四个特征，并且较早认识到氢键在生物体内扮演重要的角色。

分子生物学

20世纪30年代后期，鲍林开始研究生物大分子。这一研究先是从血红蛋白开始。在“血红蛋白的氧平衡及其结构解释”一文中，他利用血红蛋白的氧平衡特征，建立起血红蛋白中血红素分子吸收氧量与氧饱和时含度之比依氧气压力变化的函数关系，从这一函数关系判定血红蛋白的空间结构。他提出：组成血红蛋白的四个亚铁血红素分子处于平面正方形的4个顶角，而不像一般以为的位于正四面体的4个顶角，平面结构中每一个亚铁血红素分子都与两个亚铁血红素分子键连，正四面体结构中每一个亚铁血红素分子与三个亚铁血红素键连，而依据平面结构算出的相邻亚铁血红素分子键连的自由能更符合实验数据。接着他又对血红蛋白、氧合血红蛋白、一氧化碳血红蛋白、高铁血红蛋白的磁性质进行测定，提出氧合血红蛋白和一氧化碳血红蛋白不含有自由未配对电子。

20世纪40年代初，鲍林与坎贝尔（Dan Campbell）等人合作，进行了大量鼠血清实验。在“抗体结构与抗体形成过程”一文中，他提出抗体与抗原结构互补，这种互补保证了抗体的特异性。他还用互补模式解释了生物酶的催化作用：酶表面活性区域与底物分子变形后在结构上互补，使得底物分子受到酶的吸引，底物分子因为吸引力作用而结构变形形成过渡态复合体，这种过渡态降低了反应活化能，提高了反应速率。

1951年，鲍林与柯里（Robert Corey）总结了十几年研究酰胺基、肽链以及简单分子得到的结构参数，又结合早年对于氢键的研究，推测出蛋白质分子的二级结构是α螺旋、γ螺旋体、褶状片叶。1952年，鲍林给出了核酸分子的三螺旋结构模型：磷酸根为正四面体，3个磷酸根即3个正四面体围着轴心旋转上升，磷酸双脂骨架内侧保持不变，外侧结合不断变化的嘌呤和嘧啶。后来，鲍林还解释了双螺旋结构互补的化学原理，即嘧啶与嘌呤之间形成的氢键。

1949年—1963年，鲍林发表了一系列关于“分子病”的论文。他发现，镰刀型细胞贫血病（黑种人群体多发的一种遗传性疾病）是血红蛋白分子结构变形所致。他将这一结论进一步扩展，指出所有疾病本质上都是分子病。后来，他又将“分子病”概念延伸到进化领域，指出分子是“记录生物进化史的档案”。

在科学生涯的最后二十年，鲍林致力于与分子医学。他提出，人体内某些“微量营养素”达到最佳含量，能够改善人的健康状况。在1970年出版的《维生素C与普通感冒（Vitamin C and the Common Cold）》一书中，鲍林主张维生素C能够用于治疗普通感冒。后来，他与苏格兰外科医生卡莫隆（Ewan Cameron）在《美国国家科学院院刊》上联合发表了一篇论文，论证维生素C能够治疗癌症。

莱纳斯·卡尔·鲍林一生共发表了500多篇论文，出版了11本书。

1947年，莱纳斯·卡尔·鲍林出版了首部教材《普通化学（General Chemistry）》，该教材被翻译成13种语言供本科生使用。

1930年起，莱纳斯·卡尔·鲍林接手了加州理工学院化学课程的教学工作。

莱纳斯·卡尔·鲍林曾指导的学生有卢嘉锡（博士后）、唐有祺（博士研究生）。

莱纳斯·卡尔·鲍林的父亲是药剂师赫尔曼·鲍林（Herman Henry William Pauling），出生在美国密苏里州，是来自德国的移民。其母亲露西·伊莎贝尔·达令（Lucy Isabelle Darling），出生在美国俄勒冈州，具有有英国-苏格兰血统。1910年，鲍林的父亲因突发疾病去世，年仅33岁。

1923年，莱纳斯·卡尔·鲍林与艾娃·海伦·米勒（Ava Helen Miller）结婚，二人育有4个孩子。1976年7月，艾娃·海伦·米勒接受了胃癌手术，但她没有进行术后化疗或放疗，而是采用维生素C疗法，不过很快就好了，可以陪伴鲍林进行旅行，但最终在1981年12月去世了。

莱纳斯·卡尔·鲍林是一位多才多艺、热衷于交流的天才，多年来，他可能是最引人注目、最有发言权、最平易近人的美国科学家（A multifaceted genius with a zest for communication, Linus Pauling for years was probably the most visible, vocal, and accessible American scientist.）。（俄勒冈州立大学评）

莱纳斯·卡尔·鲍林漫长的职业生涯从物理学到化学，从生物学到医学，可以被认为是他那个时代最重要的化学家之一（Pauling's long career path led from physics to chemistry to biology to medicine, and can be considered the most significant chemist of his time.）。（美国国立卫生研究院评）

为了纪念鲍林夫妇对世界和平的贡献，俄勒冈州立大学设立了艾娃·海伦和莱纳斯·鲍林世界和平讲座。

2008年，美国邮政发行了第二套美国科学家邮票，以表彰20世纪一些最令人印象深刻的科学家，邮票上印有莱纳斯·卡尔·鲍林。