En 1855 recibió su doctorado y se trasladó a Heidelberg, al laboratorio de Robert Bunsen.

En ese período que pasa en Heidelberg, Volhard no se dedica solo a la química, y siguió estudiando filosofía e historia.

Su carrera como investigador comenzó durante su estancia en Londres en 1858 con August Wilhelm von Hofmann, y en Marburgo con Adolph Kolbe.

Volhard era conocido sobre todo por su humor y su dialecto de Darmstadt, que siguió utilizando sin alteración hasta su vejez.

Algunos de sus alumnos más notables fueron Johannes Thiele, Rudolf Schenck, David Vorländer y Hermann Staudinger.