在染料的研究中積累一定經驗後，費歇爾把研究對象轉向碳水化合物，因為他覺得碳水化合物與人類生活關係密切。碳水化合物最基本的物質是各類低碳糖，其次是澱粉和纖維素。費歇爾對糖類化合物開始研究時，科學家僅知道有葡萄糖、果糖、半乳糖和山梨糖四種單糖，它們的分子式都是C6H12O6，雙糖有蔗糖、乳糖，其分子式為C12H22O11，還知道澱粉、纖維素水解的最終產物是糖類。但是由於相當多的糖類在不純時不易取得結晶而妨礙了對糖類的鑒別和進一步的深入研究。
費歇爾在糖類研究方麵花了十年時間，係統地研究了各種糖類。他還發現並總結出將糖類還原為多元醇，將醛糖氧化為羧酸羥基酸等研究糖類的新方法，在此基礎上他得心應手地合成了50多種糖分子。通過研究，費歇爾確定了許多糖類的構型，並首次對立體結構以投影的方式加以表征，即費歇爾投影式。費歇爾投影式最大的優點在於，用二維平麵來表征三維立體結構，能夠較好地喚起人們的空間想像，成為有機化學中的重要的化學用語。由於費歇爾的傑出工作，人們終於探明了單糖的本性及其相互間的關係。
費歇爾根據他所掌握的有關糖類的豐富知識，還提出了一個有關發酵機理的著名假說。他認為糖類物質由於酶的存在而發生分解，而不同的糖需要不同的酶的作用才能分解，這可能因為糖和酶的分子結構有某些共同點，猶如鎖頭與鑰匙的關係。
對於雙糖類的研究，費歇爾也取得了很大的成績，對於澱粉、纖維素等多糖的研究，未能如願，因長期與苯肼接觸而慢性中毒，不得不停止接觸這一試劑。從1882年～1906年，第二類研究對象就是嘌呤堿類物質。涉及的物質有可可堿、茶堿、咖啡堿等有生理活性的物質，因為它們都能起興奮作用，因此費歇爾決定研究它們。
費歇爾的研究從尿酸入手，尿酸是人們最早認識的嘌呤化合物中的一種。通過深入研究，他逐個地確定了上述物質的組成和結構，還合成了上述物質的母體化合物——嘌呤及其許多衍生物。他製備了當時尚未被認識的嘌呤衍生物，他發現了催眠藥二乙基巴比妥酸。他還探索了嘌呤類化合物與糖類及磷酸的結合，指出由它們能夠得到構成細胞的主要成分——核酸，從而為生物化學的發展奠定了基礎。
1899年開始，費歇爾選擇了一個更難的課題，即對氨基酸、多肽及蛋白質的研究。蛋白質與人類的生活、生命關係更為密切。蛋白質的結構非常複雜，一個分子往往有幾千個原子。麵對這一難題，費歇爾充滿信心地說：“關於有機合成的這項研究，由於先輩們留下了寶貴的經驗方法，在短短的62年內征服了尿素、脂肪、多種酸類、染料等，並進而征服了尿酸和糖類。從而可以斷言對任何活著的有機物體產物，我們都不必膽怯。”
對蛋白質的研究，費歇爾決定從它的基本組成氨基酸開始。為了認識所有的氨基酸，他發展和改進了許多分析方法，一一將各種氨基酸分離出來進行鑒別。由於他的辛勤勞動，人們認識了19種氨基酸。自然界中有幾十萬種蛋白質，而它們都是由20種氨基酸以不同的數量比例和不同的排列方式結合而成的。在進一步探索蛋白質的組成和結構及合成方法時，他發現將氨基酸聚合，首先得到的不是蛋白質，而是以他命名為多肽的一類化合物。將蛋白質進行分解，首先得到的也是多肽一類化合物。根據這一實驗事實，1902年他提出了蛋白質的多肽結構學說。他指出：蛋白質分子是許多氨基酸以肽鍵結合而成的長鏈高分子化合物。兩個氨基酸結合成二肽，三個氨基酸分子結合成三肽，多個氨基酸結合成多肽。隨後他合成了100多種多肽化合物，由簡單到複雜，開始隻采用同一氨基酸使其鏈逐步增長，發展到采用多種氨基酸使其氨基酸雙鏈伸長。1907年，他製取由18種氨基酸分子組成的多肽，成為當時的重要科學新聞，並於1914年第一個合成了核苷酸。他又被提名為諾貝爾生理學及醫學獎候選人。
由於積勞成疾，身體狀況惡化，也由於第一次世界大戰的爆發，費歇爾不得不中斷了這一重要的研究。
用現在的觀點看，“蛋白體”實際上就是蛋白質和核酸的複合體。鑒於這一點，可見費歇爾研究工作的重要意義，他為現代蛋白質和核酸的研究奠定了基礎。