1986-ban kapott D. R. Herschbachhal és Yuan T. Lee-vel megosztva kémiai Nobel-díjat az elemi kémiai folyamatok dinamikájával kapcsolatos felfedezéseiért.

1952–1954 között a Kanadai Nemzeti Kutatási Tanács posztdoktori ösztöndíjasa volt. 1954–1956 között a Princetoni Egyetem (USA) tudományos munkatársaként tevékenykedett. 25 évesen telepedett le a kanadai Torontóban, ahol a helyi egyetemen kapott munkát- Itt lett 1962-ben a kémia professzora, 1974-től pedig intézetvezető. Az Amerikai Művészeti és Tudományos Akadémia tiszteletbeli tagja, az USA Nemzeti Tudományos Akadémia külföldi tagja. 2001 óta a Magyar Tudományos Akadémia tiszteletbeli tagja.
Jelenleg is Kanadában él. Őt tartják az ország legkiemelkedőbb vegyészének, elismerve tehetségét a kémiai reakciók dinamikájában.
John C. Polanyi sohasem tartotta magát magyarnak, és a Nobel-díja után a magyar származásával kapcsolatos vélekedéseket ellenszenvvel fogadta.

Tudományos tevékenysége

Kutatásai során azt kívánta jobban megérteni, hogy miként változnak a molekulák energiaállapotai a kémiai reakciók folyamán. Az elemi atomi és molekuláris ütközéseknél bekövetkező energiaátadási folyamatot kutatva alapvető fontosságú felfedezést tett. Így a kémiai lézerek vizsgálatakor igazolta, hogy a vegyi reakció energiája közvetlenül alakul át lézerfénnyé.
A lézereket a múlt század hatvanas éveiben fedezték fel, amelyért 1964-ben Charles Townes amerikai, Nyikolaj Gennagyievics Baszov és Alekszander Mihaljovics Prohorov szovjet tudósokat Nobel-díjjal tüntették ki. Ők a fizikai folyamatokat gyakorlatilag felvázolták, viszont keveset tudtak arról, hogy kémiai jelenséggel is együtt jár-e a kvantumfényforrás működése. Ennek megértése épp Polányinak sikerült, aki elsősorban a molekulák energiaállapotainak tisztázásával foglalkozott a vegyi reakciók folyamán.
Ő dolgozta ki az infravörös kemilumineszcencia módszerét, mivel a gerjesztett molekulák infravörös fényt bocsátanak ki. Az infravörös kemilumineszcencia módszere a kémiai reakciók mechanizmusának tanulmányozására alkalmazott technika. Bizonyos kémiai reakciók során képződött termékmolekulák gyenge infravörös sugárzásának mérésével és elemzésével végzik. Ha a keletkező termékek energiafelesleggel rendelkeznek, az a molekulák gerjesztett vibrációs állapotaként jelenik meg, ami infravörös sugárzás kibocsátásával szűnik meg. Ennek a sugárzásnak a spektroszkópikus vizsgálata információval szolgál a termékmolekula állapotairól.
Polányi a kémiai reakció során kibocsátott fény változásának színképelemzésével nyomon követte a kémiai kötések cserélődését, ezáltal meghatározta a molekulák mozgási és rezgési energiájának hatását a vegyi reakciók kimenetelére. E kutatásairól 1970-ben filmet (Concepts in Reaction Dynamics) is készített.