早在美国留学与工作期间，卢嘉锡就选择了结构化学作为主攻研究方向。他在鲍林教授的指导下，巧妙地用尿素加合物的方法固定过氧化氢，解决了后者的晶体结构测定难题。他用电子衍射法测定的“摇篮型”八员环簇合物，是国际上最早的簇合物结构研究工作之一。在美国工作的五年期间，卢嘉锡科研硕果叠出，发表了一系列高水平的学术论文，其中不乏有结构化学领域的经典文献。

图：卢嘉锡发表在1939年3月25日自然杂志上的论文“溴⁸⁰同位素原子的化学分离”。

图：卢嘉锡发表在1942年10月自然杂志上的论文“一个修正的Patterson方程”。

图：卢嘉锡首先测定了脲－过氧化氢加合物的晶体结构，并做成晶体模型。他很喜欢这个模型，回国后在厦门大学任教时经常拿给学生看。

图：在结构分析方法上，卢嘉锡提出一种处理等倾斜魏森堡衍射点的洛仑兹因子的图解法，成为当时国际上普遍采用的一种简便的方法，曾被收入《国际晶体学教学用表》（第二版）。图为卢嘉锡发表在1943年11月《科学仪器评论》上的论文“等倾斜魏森堡照相的倒易L－P因子图”首页及两组曲线图。