Написанный Вант-Гоффом научный труд описывающий изменение направления света в химических веществах сформировал большой интерес в научном сообществе XIX века. Он утверждал, что такое явление вызвано появлением особых изомеров, которые представляют собой зеркальные отражения друг друга в молекуле кристалла. Такую же теорию в то же время предложил Ля Бель, и хотя она показалась смехотворной некоторым химикам, она послужила основой для новой науки — стереохимии, изучающей пространственное строение молекул.
Вопреки своим уникальным талантам и оригинальному подходу к научным исследованиям, карьера Вант-Гоффа как химика развивалась не очень быстро. Некоторое время он зарабатывал на жизнь частными уроками по физике и химии, что не способствовало его научному прогрессу. Позже, Вант-Гофф получает предложение преподавать физику в школе в Утрехте, а затем становится лектором в университете Амстердама, а затем профессором. Он посвятил много лет своей жизни работе здесь, регулярно проводя лекции и занимаясь научными исследованиями.
В конце 80-х годов Вант-Гофф совместно с другими учеными основал «Журнал физической химии». В это время он был приглашен на профессорскую должность в различные университеты, включая Лейпцигский университет.
Вант-Гофф не принимал быстрого решения, так как в то время у Амстердамского университета были планы по строительству новой химической лаборатории. Однако он в конце концов принял одно из предложений и переехал в Берлин, чтобы работать в престижном университете столицы Германии, где ему было предоставлено отличное лабораторное оборудование.
В тот период знаменитый голландец занимался научными исследованиями в области физической химии и изучал ферменты. Его открытия имели огромное значение для развития химии как науки, и он стал первым химиком, удостоенным Нобелевской премии.
В 1878 году Вант-Гофф вступил в брак с Иоганной Франсиной Меес, также из Роттердама. У них появилось четверо детей: два сына и две дочери.
Весь оставшийся период своей жизни ученый прожил, живя и работая в Германии. Он был участником множества научных организаций и получил почетные степени не только в европейских университетах, но и в учебных заведениях США. Помимо своей ученой деятельности, которой он посвятил всю свою жизнь, Якоб Вант-Гофф вечно восхищался искусством, особенно любил поэзию. Он также был страстным поклонником философии и обожал проводить время на свежем воздухе.
Причиной смерти ученого стал туберкулез, в то время одно из самых распространенных и опасных заболеваний. Великий ученый скончался 1 марта 1911 года в Стеглице в Германии (в настоящее время это один из районов Берлина).