Năm 1875, một năm sau khi tốt nghiệp với tấm bằng Tiến sĩ, Fischer công bố khám phá của mình về các biến thể của một hợp chất hữu cơ mới cấu tạo từ hydro và nitơ mang tên hydrazin. Ông đã nghiên cứu những biến thể này để tìm hiểu mối liên hệ của các chất này với hợp chất diazo (các phân tử có 2 nguyên tử nitơ liên kết với nhau ở phía đuôi) bằng cách ghi chép mức độ phản ứng của các biến thể này với các chất khác. Kết quả của các nghiên cứu này là Fischer đã tạo ra một loạt các hợp chất mà trong số đó, một vài sản phẩm vẫn còn là ẩn số cho đến ngày nay.

Trong tất cả các hợp chất được tạo ra từ các thí nghiệm trên, có lẽ hydrazon, một sản phẩm hình thành khi cho aldehit tác dụng với xeton, là quan trọng nhất. Năm 1866, Fischer công bố các hiện tượng quan sát được khi cho hydrazon phản ứng với với axit clohidrit (HCl) hoặc kẽm clorua (ZnCl2) để tạo ra các biến thể của indol, một chất chiếm thành phần lớn trong thuốc nhuộm màu chàm. Đồng thời, các hiện tượng ông ghi chép được cùng là một sự củng cố cho các quan điểm được đề xướng bởi von Baeyer về chủ đề chất nhuộm mày chàm và các hợp chất có liên quan.

Fischer chuyển hướng sang nghiên cứu fuchsine (thời đó gọi là rosaniline) - một chất trong thuốc nhuộm màu hồng cánh sen (magenta). Ông đã hợp tác với người anh em họ của mình là Otto Fischer để nghiên cứu về chủ đề này, và cả hai đã cùng nhau công bố nhiều khám phá vào những năm 1878 vào 1879 chứng minh rằng những thành phần hóa học trong thuốc nhuộm màu hồng cánh sen là một biến thể của chất triphenylmetan.

Sau khi hoàn tất các thí nghiệm về thuốc nhuộm màu, Fischer bắt đầu nghiên cứu các chất có liên quan đễn axit uric. Mặc dù chuyên ngành này vốn đã được vị giáo sư cũ của ông là von Baeyer nghiên cứu chuyên sâu, Fischer vẫn có được nhiều kỳ tích trong việc nghiên cứu purine. Trong hai năm 1881 và 1882, ông cho công bố nhiều nghiên cứu nói về công thức của axit uric, xanthin, cafein (một chất được Fishcher tổng hợp thành công lần đầu tiên trong lịch sử), theobromin và một số hợp chất khác trong nhóm này. Sau khi purine được phân lập, một loạt các biến thể đã được Fischer tổng hợp, và một số chất tạo ra trong quá trình này đã được cấp bằng sáng chế trong trường hợp các chất này được ứng dụng trong việc trị liệu sau này.

Fischer được mọi người đặc biệt biết đến bởi nhiều nghiên cứu liên quan đến các loại đường thực phẩm. Trong số những khám phá ban đầu liên quan đến hydrazine, ông đã nhận thấy rằng chất phenyl hydrazin phản ứng với nhiều loại đường khác nhau để tạo thành các chất mà ông đặt tên là osazon. Fischer quan sát thấy rằng các osazon này có kết tinh cao và có thể sử dụng để xác định cấu trúc của các loại hiđrôcacbon khác nhau một cách dễ dàng khi so với các biện pháp khác. Trong số những công trình sau đó, Fischer cũng gây được sự chú ý khi tổng hợp hữu cơ D-(+)- glucose (tên một loại đường). Ông cũng là người đã chỉ ra cách thu gọn công thức hóa học của 16 loại đường có cấu trúc đồng phân lập thể khác nhau. Đồng thời, Fischer cũng tổng hợp một số loại đường có cấu trúc khác nhau này và giúp củng cố quy tắc Le Bel–Van 't Hoff của nguyên tử cacbon bất đối.

Trong ngành enzim học, Fischer được biết đến với việc đưa ra giả thuyết về mô hình "ổ khóa - chìa khóa" (còn được gọi là mô hình Fischer) trong cơ chế tiếp nhận cơ chất.

Fischer cũng được biết đến với khám phá ra barbiturat, một nhóm thuốc an thần được sử dụng để gây mê hay chữa trị chứng mất ngủ, động kinh, và lo lắng. Vào năm 1904, cùng với bác sĩ Josef von Mering, Fischer đã giúp đưa ra thị trường loại thuốc an thần mang tên barbital. Sau đó, ông tiếp tục tiên phong trong nghiên cứu về protein. Với các phương pháp mới, Fischer đã thành công trong việc phá vỡ các protein họ albumin phức tạp thành các đơn vị axit amin và các hợp chất nitơ khác. Ngoài ra, bằng cách tập hợp lại các đơn vị protein này, ông đã điều chế được các loại peptide khác nhau có cấu trúc gần như tương đồng với các sản phẩm trong tự nhiên. Những công trình nghiên cứu này của Fischer cùng như một số công trình khác được tiến hành từ năm 1899 đến 1906 đều được gói gọn trong một cuốn sách xuất bản năm 1907 với tiêu đề Untersuchungen über Aminosauren, Polypeptides und Proteine.