ฟูกูอิได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีจากการค้นพบว่าออร์บิทัลเชิงโมเลกุลที่บริเวณรอยต่อ (โฮโมและลูโม) สามารถทำนายการเกิดปฏิกิริยาเคมีได้ โดยมาจากข้อสังเกตหลักสามข้อตามทฤษฎีออร์บิทัลเชิงโมเลกุล เมื่อโมเลกุลสองโมเลกุลเกิดอันตรกิริยากัน

1. ออร์บิทัลที่มีอิเล็กตรอนเต็มจะผลักกัน
2. ประจุบวกในนิวเคลียสของโมเลกุลหนึ่งจะดึงดูดอิเล็กตรอนของอีกโมเลกุลหนึ่ง
3. ออร์บิทัลที่มีอิเล็กตรอนเต็มของโมเลกุลหนึ่งและออร์บิทัลว่างของอีกโมเลกุลหนึ่งจะเกิดอันตรกิริยากัน (โดยเฉพาะโฮโมและลูโม) ทำให้เกิดแรงดึงดูด

จากข้อสังเกตดังกล่าว ทฤษฎีออร์บิทัลเชิงโมเลกุลที่บริเวณรอยต่อสรุปความสัมพันธ์ความไวต่อปฏิกิริยาเคมีและอันตรกิริยาระหว่างโฮโมจากโมเลกุลหนึ่งและลูโมของอีกโมเลกุลหนึ่ง ซึ่งช่วยอธิบายกฎการทำนายของวูดเวิร์ด-ฮ็อฟมันในปฏิกิริยาเทอร์มอลเพอริไซคลิก ซึ่งนำไปสู่ข้อสรุปที่ว่า "ปฏิกิริยาเพอริไซคลิกที่สถานะพื้นจะเป็นไปได้เชิงสมมาตรเมื่อจำนวนของ (4q+2)s และ (4r)a รวมกันเป็นจำนวนคี่"[10][11][12][13]

ฟูกูอิได้รับเลือกให้เป็นภาคีสมาชิกชาวต่างชาติของราชสมาคมใน ค.ศ. 1989[2]