Odd Hassel satte spor etter seg innen flere områder av kjemien. For de strukturkjemiske studiene av sykloheksan og molekyler beslektet med sykloheksan mottok han Nobelprisen i kjemi 1969.
Hassel vokste opp i Kristiania. Familien hadde betydelige akademiske interesser, men det var ikke mye i hans familiebakgrunn som tilsa at han skulle velge kjemi som sitt fag. Han ble cand.real. med hovedfag i kjemi ved universitetet i Kristiania 1920 og oppholdt seg deretter fem år i Sentral-Europa. Der traff han en rekke kjemikere og fysikere som allerede var berømte eller som senere skulle bli det. Han studerte en tid i Paris, arbeidet i 7 måneder ved Kasimir Fajans' laboratorium i München og kom 1923 til Kaiser Wilhelm Institut i Berlin, hvor han ble dr.philos. 1924. 1925 kom han tilbake til Oslo, hvor han først var stipendiat, fra 1926 dosent og 1934–64 professor i fysikalsk kjemi.
Under oppholdet i München gjorde Hassel en betydningsfull innsats innen analytisk kjemi ved å innføre bruken av absorpsjonsindikatorer. I Berlin ble han opptatt av strukturkjemi, som fra da av ble hans spesialfelt. Berlin var på denne tiden et av de betydeligste sentrene for utviklingen av røntgenkrystallografi, som ble Hassels viktigste strukturkjemiske metode. Da han kom tilbake til Oslo, tok han imidlertid også i bruk dipolmålinger og elektrondiffraksjon. Elektrondiffraksjon var på den tiden, i 1930-årene, en helt ny strukturkjemisk metode. Sammen med dyktige medarbeidere utviklet Hassel metoden slik at miljøet i Oslo fikk en ledende posisjon internasjonalt.
Hassels karriere innen strukturkjemisk forskning kan deles inn i tre perioder. I den første perioden var den hovedsakelig konsentrert om studier av grafitt, wernerske kompleksforbindelser, fluor-oksygenforbindelser og andre fluorforbindelser. Ved avslutningen av denne perioden, i 1934, gav han ut boken Kristallchemie, som skaffet ham ry som en ledende forsker innen sitt felt. Boken var skrevet på tysk, men ble senere oversatt til engelsk og russisk.
Den andre og viktigste perioden ble innledet omkring 1930 og varte til midten av 1950-årene. Hovedaktiviteten var studier av sykloheksan og derivater av dette molekylet. Sykloheksan er et meget enkelt, ringformet molekyl og inngår som byggesten i en rekke andre molekyler, som f.eks. steroider og, med en liten modifikasjon, også i karbohydrater. Det Hassel og medarbeiderne hans i første omgang gjorde, var å fastslå hvordan dette og andre beslektede molekyler ser ut. Men dette arbeidet førte også til en oppdagelse av mer generell karakter. Mens den vanlige oppfatningen til da hadde vært at ett og samme molekyl måtte ha en bestemt form, viste Hassel at mange molekyler i gassfase kan foreligge som en blanding av flere former. Disse formene, som kalles konformasjoner, går lett over i hverandre. Dette ansees i dag som svært sentralt innen organisk kjemi, fordi det ofte er nødvendig å forutsette slike konformasjonsoverganger for å kunne forklare mekanismen ved en kjemisk reaksjon. Det var dette arbeidet som førte til at Hassel 1969 fikk Nobelprisen i kjemi sammen med briten Derek Barton. Barton hadde i sin forskning bl.a. innen steroidenes kjemi bygd på det grunnlaget som Hassel hadde lagt. I begrunnelsen fra Kungliga Vetenskapsakademien het det at de mottok prisen for sine bidrag til utviklingen av konformasjonsbegrepet og dets anvendelse innen kjemien.
Den tredje perioden i Hassels forskning ble innledet i midten av 1950-årene og varte til han trakk seg tilbake fra aktiv forskning i begynnelsen av 1970-årene. Hovedvekten i denne tiden ble lagt på krystallstrukturundersøkelser av såkalte charge-transfer-komplekser. Dette er svake forbindelser som dannes mellom visse typer molekyler. Disse kompleksene ble beskrevet teoretisk tidlig i 1950-årene av den kjente teoretikeren Robert Sanderson Mulliken, som også hadde benyttet sin teori til å forutsi strukturene. Hassel følte at disse forutsigelsene ikke kunne være riktige, og krystallstrukturene til Hassel og hans medarbeidere viste seg da også å følge et annet mønster enn hva Mulliken hadde forutsagt. Da Hassel ble tildelt Nobelprisen, var det enkelte som mente at han like gjerne kunne fått den for sine arbeider med charge-transfer-komplekser. Interessen for disse kompleksene var nok imidlertid vesentlig større på den tiden enn hva den er i dag.
Det som i første rekke preget Hassels forskning, var hans originalitet, selvstendighet og entusiasme. Det er karakteristisk for hans originalitet at da han delvis forlot sykloheksankjemien i 1950-årene, var det etter eget utsagn fordi det nå var så mange andre som arbeidet på det samme feltet. At han ikke trodde på forutsigelsene til en autoritet som Mulliken, er et eksempel på hans selvstendighet. Entusiasmen var en nødvendig forutsetning for å kunne skaffe det nødvendige forskningsutstyret under de økonomisk vanskelige tidene i 1930-årene. Entusiasmen smittet også over på hans medarbeidere, hvorav svært mange senere ble ledende personligheter innen norsk forskning. Dette førte også til at strukturkjemien kom til å stå særlig sterkt i Norge. Karakteristisk for Hassels forskning var også hans evne til å formulere essensielle problemstillinger. Det var alltid disse som stod i sentrum, mens metodene han benyttet bare var midler for å belyse problemene. Da han tok i bruk elektrondiffraksjon, som er en metode til å bestemme molekylstrukturer i gassfase, var det fordi han mente at sykloheksanproblemet ikke ble tilstrekkelig belyst bare ved studier av den krystallinske tilstanden.
Blant sine venner og kolleger var Hassel kjent for sine skarpe og treffsikre replikker. Han hadde sine klare meninger og pleide å si tydelig fra når han mente noe var galt. Under den tyske okkupasjonen var han involvert i motstandsarbeid og satt på Grini. Hassel var ingen tilhenger av å bruke massemediene i utide for å skaffe seg publisitet, og han var derfor relativt lite kjent utenfor sitt fagmiljø. Han hadde ellers mange og allsidige interesser, bl.a. innen litteratur og musikk.
Odd Hassel var medlem av Det Norske Videnskaps-Akademi (1933), Det Kongelige Norske Videnskabers Selskab (1953) og flere utenlandske vitenskapsselskaper. Han mottok en rekke utmerkelser, bl.a. æresdoktorater ved Københavns Universitet (1950) og Stockholms Universitet (1960), han ble utnevnt til ridder av 1. klasse av St. Olavs Orden 1960 og fikk Gunnerus-medaljen fra Det Kongelige Norske Videnskabers Selskab og Guldberg-Waage-medaljen 1964.