V roce 1856 se Kekulé stal Privatdozentem na univerzitě v Heidelbergu. V roce 1858 byl zaměstnán jako řádný profesor na univerzitě v Gentu, poté v roce 1867 byl povolán do Bonnu, kde zůstal po zbytek své kariéry. Na základě svých myšlenek na předchůdce, jako Williamson, Edward Frankland, William Odling, Auguste Laurent, Charles-Adolphe Wurtz a další, Kekulé byl hlavním tvůrcem teorie chemické struktury (1857-58). Tato teorie vychází z myšlenky atomové valence, zejména tetravalence uhlíku (který Kekulé oznámil koncem roku 1857) a schopnost uhlíkových atomů propojit se navzájem (oznámený v článku publikovaném v roce 1858), byl přidělen k určení vazby všech těžkých atomů v organické molekule.
chemická struktura