Trở về Oslo, ban đầu Hassel tập trung nghiên cứu về hóa vô cơ, nhưng từ năm 1930 ông tập trung vào nghiên cứu những vấn đề liên quan tới cấu trúc phân tử, đặc biệt cấu trúc của cyclohexan và các chất dẫn xuất của nó. Ông giới thiệu các khái niệm về moment lưỡng cực điện và nhiễu xạ điện tử cho cộng đồng các nhà khoa học Na Uy. Sau khi xuất bản một bài khảo cứu về cách cấu tạo của cyclohexan, Hassel bị chính quyền Đức Quốc xã chiếm đóng Na Uy bắt giam và gửi tới Trại tập trung Grini cho tới năm 1944.

Từ năm 1950, Hassel nghiên cứu cấu trúc của các hợp chất chuyển điện tích, và cuối cùng đã có thể lập ra các quy tắc hình học của loại hợp chất này.