Po zisku doktorátu na vysoké škole působil jako asistent. Po uzavření univerzit v roce 1939 začal pracoval ve Zlíně pro Baťu, kde také vynalezl pověstný silon. Po válce se vrátil do univerzitního prostředí, obnovoval a inovoval výuku chemie, tvořil skripta a měnil systém zkoušek. V roce 1958 byl při politické čistce propuštěn a musel odejít na Československou akademii věd (ČSAV).
Nejznámějším Wichterlovým vynálezem jsou kontaktní čočky. Přes první pokusy, které nebyly stoprocentní, se mu v roce 1961 podařilo čočky vytvořit doma – a to na stroji sestaveném ze stavebnice Merkur a motorku z jízdního kola a později z gramofonu. Licenční smlouvu na průlomový vynález pak získaly americké společnosti.
Wichterle podpořil v roce 1968 manifest Dva tisíce slov, stal se poslancem, ale během normalizace byl perzekuován. Až po roce 1989 získal dva čestné doktoráty v USA a jeden na Univerzitě Karlově. Byl prezidentem ČSAV, jeho jméno nese i asteroid. Miloval tenis a zahradničení. Zemřel roku 1998 na svém letním sídle.
