Seine Forschung umfasste die biologische Funktion des Vitamins B1, die oxidative Phosphorylierung, die Carboxylierung der Gluconsäure und Brenztraubensäure, die photochemische Reduktion des Pyridin-Nukleotids in der Photosynthese, dem Schlüsselenzym des Citratzyklus, der polynucleotiden Phosphorylase und dem genetischen Code.
1959 erhielt er zusammen mit Arthur Kornberg den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin für die Entdeckung des Mechanismus in der biologischen Synthese der RNA und der DNA.
Ochoa setzte seine Forschungsarbeit zur Proteinsynthese und der Reproduzierung der RNA bis zu seiner Rückkehr nach Spanien fort. Er wirkte an der Entschlüsselung des genetischen Codes mit. Wikipedia..