في عام 1856 أصبح كيكولي أستاذًا في جامعة هايدلبرغ. في عام 1858 تم تعيينه كأستاذ كامل في جامعة غنت، ثم في عام 1867 تم استدعائه إلى بون، حيث بقي لبقية حياته المهنية. استنادًا إلى أفكاره من أسلافه مثل ويليامسون وإدوارد فرانكلاند وويليام أودلينغ وأوغست لورنت وتشارلز أدولف فورتز وغيرهم، كان كيكولي هو المصمم الرئيسي لنظرية الهيكل الكيميائي (1857<unk>58). هذه النظرية تنبع من فكرة القيمة الذرية، وخاصة رباعية القيمة للكربون (التي أعلن عنها كيكولي في أواخر عام 1857) وقدرة ذرات الكربون على ربط بعضها ببعض (أعلن في ورقة نشرت في عام 1858) ، إلى تحديد الروابط بين جميع الذرات العضوية في جزيء عضوي نشط. ولكن معظم الكيميائيين الذين كانوا يستخدمون الأساليب الهيكلية أو التركيبية بشكل كبير ، و
الهيكل الكيميائي