Em 1954 ele recebeu o Prêmio Nobel de Química, principalmente pela obra A Natureza das Ligações Químicas, publicada em 1939, que colocou as bases da Ligação Covalente entre átomos, para formar as moléculas.
Depois, em 1962 recebeu o Prêmio Nobel da Paz por participar ativamente de manifestações contra testes nucleares, o uso de bombas atômicas como armas de guerra e a construção de usinas nucleares.
Com um trabalho tão vasto e importante, Pauling brincava e dizia que gostaria de ser lembrado como a pessoa que "descobriu a Vitamina C". A Vitamina C foi descoberta por outro pesquisador, em 1927, mas em 1967, Pauling redescobriu-a, revelando a importância de terapias com base nela em processos infecciosos, como em gripes. Nos seus últimos anos de vida, publicou um trabalho relatando que concentrações significativas de Vitamina C podem impedir, in vitro, a duplicação do vírus HIV.
Linus Pauling é um gigante do nosso século e deve ser lembrado pelo seu desempenho magnífico como cidadão de seu tempo e pesquisador sério, mas ele foi, acima de tudo, um pensador. Ainda nos anos 50, ele foi confrontado com Van Vleck, que propos a Teoria de Orbitais Moleculares para explicar a formação das moléculas. Esta teoria tem sólida base matemática, enquanto que a Teoria de Pauling explica os fenômenos e depois procura as equações. Van Vleck afirmou: "eu nunca fiz um contribuição para a física que não pudesse ser obtida a partir de equações!", e Pauling respondeu: "eu nunca fiz uma contribuição que não viesse de uma nova idéia. Aí sim, eu procurava a equação que ajudasse a sustentar a idéia!"
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