A esto le siguió un periodo de trabajo con Robert G. Shulman en los Laboratorios Bell en Murray Hill, Nueva Jersey (1967-1969).

Wüthrich volvió a Zúrich (Suiza), en 1969, donde comenzó su carrera en la Escuela Politécnica Federal de Zúrich, llegando a Profesor de Biofísica en 1980.

Actualmente mantiene un laboratorio allí, aunque su cargo está en el Scripps Research Institute, en La Jolla, California.

Después de volver a Suiza, Wüthrich colaboró con el premio Nobel Richard R. Ernst en el desarrollo de los primeros experimentos de RMN en 2 dimensiones, y estableció el efecto Overhauser nuclear como una manera conveniente de medir distancias interatómicas en proteínas.

Esta investigación más tarde llevó a la asignación completa de resonancias para el inhibidor pancreático de tripsina bovino y el glucagón.