„Az orthomolekuláris orvoslás lényege a jó egészség megőrzése, illetve a betegségek kezelése olyan anyagok segítségével, amelyek a szervezetben normál esetben jelen vannak és az egészség szempontjából nélkülözhetetlenek.” Linus Pauling

Molekuláris biológia
Az 1930-as években a kaliforniai egyetem egyre nagyobb hangsúlyt fektetett a biológiára, Pauling is egyre intenzívebben kezdett foglalkozni a molekuláris biológiával és olyan neves biológusokkal kezdett együtt dolgozni, mint Thomas Hunt Morgan, Theodosius Dobzhansky, Calvin Bridges és Alfred Sturtevant.

Az ortomolekuláris medicina megalapítása
Az ortomolekuláris medicina elmélete szerint az emberi szervezetben a vitaminok, ásványi anyagok és nyomelemek optimális koncentrációja szükséges ahhoz, hogy testi, szellemi és lelki téren jó közérzettel rendelkezzünk, vagyis, minden baj, betegség, fejlődési rendellenesség okát az ásványi anyagok és a vitaminok hiányában kell keresni.
Pauling 1966-ban magáévá tette Irwin Stone biokémikus gondolatát, aki egy nagy adag C-vitaminban gondolta megtalálni a megfázás ellenszerét. Pauling tovább ment: ő azt gondolta, hogy a C-vitamin megfelelő mennyiségben megakadályozza a rák kialakulását is. Ő maga naponta kb. 18 gramm C-vitamint juttatott a szervezetébe. Nézeteit a Vitamin C and the Common Cold (1970), a Cancer and Vitamin C (1979) és a How to Live Longer and Feel Better (1986) című könyveiben fejtette ki. Az orvostársadalom nagy része elutasította ezt a nézetet és áltudományos szélhámosságnak titulálták, egy kisebb csoport viszont meg van győződve róla, hogy Paulingnak igaza van és vannak olyan esetek, ahol természetes anyagok meg tudják akadályozni a testben kialakuló betegséget. Nyugdíjba vonulása után, 1974-ben megalapította az Institute of Orthomolecular Medicine-t Palo Altoban (ma Linus Pauling Institute of Science and Medicine), ahol a betegségmegelőzés problémájával, a vitamin és ásványi anyagok fogyasztásával foglalkozott.
Pauling aktívan részt vett a International Academy of Science (Tudományok Nemzetközi Akadémiája) intézmény megalakításában.