Khi làm việc cho DuPont, Kwolek đã phát minh ra Kevlar.[4] Năm 1964, để dự phòng tình trạng thiếu xăng dầu, nhóm của bà bắt đầu tìm kiếm một loại sợi nhẹ nhưng đủ mạnh để sử dụng cho lốp xe.[4] Các polymer mà bà làm việc trong thời gian này – poly-p-Phenylene-terephthalate và polybenzamide,[7] tạo thành tinh thể lỏng trong quá trình hòa tan trong dung dịch, một cái gì đó độc đáo cho những polymer vào thời điểm đó.[4] Dung dịch đó "vẩn đục, có màu như opal khi khuấy lên, và độ nhớt thấp" và thường bị bỏ đi. Tuy nhiên, Kwolek đã thuyết phục kỹ thuật viên Charles Smullen, người điều hành spinneret[8] thử nghiệm dung dịch của mình. Bà ngạc nhiên khi thấy rằng loại sợi mới này không bị vỡ, trong khi sợi nylon thường bị vỡ. Cả người giám sát và giám đốc phòng thí nghiệm của bà hiểu ngay tầm quan trọng phát hiện của bà và một lĩnh vực mới của hóa học polymer đã phát sinh một cách nhanh chóng. Đến năm 1971, thì loại Kevlar hiện đại đã được giới thiệu.[4] Tuy nhiên, Kwolek đã không tham gia nhiều vào việc phát triển các ứng dụng của Kevlar.[9]