Knowles 1986-ban vonult nyugdíjba az amerikai Monsanto vállalattól, ahol 44 évig dolgozott. Tizenöt évvel később két másik tudóssal, az amerikai Barry Sharpless-szel és a japán Nojori Rjodzsival megosztva kapta meg a kémiai Nobel-díjat annak kimutatásáért, hogy a királis molekulák miként használhatóak fel fontos kémiai reakciók felgyorsításához és ellenőrzéséhez. Eredményeiket a gyógyszerek (antibiotikumok, gyulladáscsökkentők, szívgyógyszerek) előállításánál hasznosítják.

Knowles kutatásaival segítette az L-Dopa nevű gyógyszer ipari gyártásának fejlesztését. Az L-Dopa Parkinson-betegek remegését és a végtagjaik merevséget csökkenti a betegség kezdeti stádiumában.