Lan esperimental gehienak kimika organikoaren alorrean egin zituen, karbonozko gai elkartuei buruz, fuelari, gasari eta ikatzari buruz, besteak beste. Erreakzio kimikoei buruzko ikerketak egin zituen; hain zuzen ere, atomoak erreakzio kimikoetan elkarri nola lotzen zaizkion aztertu zuen, nagusiki. 1952. urtean egindako lanetan ikusi zuenez, elektroiak, nukleoaren inguruan hodeien modukoak osatuz, orbitaletan mugitzen ziren, eta elkarren alboan kokaturik dauden atomo desberdinetako orbitalen edo elektroi-hodeien arteko elkarreraginaren bidez lotzen ziren atomoak bata bestearekin. Oso zaila zen, dena dela, zein eratako elkarketak gertatzen ziren asmatzea, baina Fukuik metodo bat asmatu zuen gai elkartu jakin bat osatzeko zein atomo jakin elkartzen diren asmatzeko, atomoaren elektroi-hodeiaren dentsitatea neurtuz. Atomo bateko energia goreneko elektroiak (oro har kanpoaldeko orbitaletan egoten direnak) beste atomora aldatzen ohi dira, eta Fukuik orbital lotzaile deitu zuen orbital berria osatzen dute horrela.
1970. urteaz gero, Fukuik eta bere lan-taldeak erreakzio kimikoak eta molekulen formak aztertzeko hainbat lan egin zituzten. Kimikako Nobel Saria eskuratu zuen 1981ean, R. Hoffmann zientzialariarekin batera, alor berean, baina zeinek bere aldetik, egindako ikerketengatik.