หลังจบปริญญาเอก เนงิชิตั้งใจจะกลับมาเป็นนักวิจัยในสถาบันการศึกษาที่ประเทศญี่ปุ่น แต่ไม่มีตำแหน่งงานว่าง[7][8] จึงยังคงทำงานต่อที่เทจินจนถึง พ.ศ. 2509 ก่อนจะลาออกไปทำงานวิจัยหลังปริญญาเอกที่มหาวิทยาลัยเพอร์ดูกับเฮอร์เบิร์ต ชาลส์ บราวน์ (เช่นเดียวกับอากิระ ซูซูกิที่ได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีในปีเดียวกัน บราวน์ได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีเช่นกันใน พ.ศ. 2522) เขาสอนหนังสือที่เพอร์ดูระหว่าง พ.ศ. 2511 และ 2515[9] ก่อนจะย้ายไปเป็นผู้ช่วยศาสตราจารย์มหาวิทยาลัยซีราคิวส์และเลื่อนชั้นขึ้นเป็นรองศาสตราจารย์ใน พ.ศ. 2522 และกลับไปเป็นศาสตราจารย์ที่เพอร์ดูในปีเดียวกัน[9]

เขาค้นพบปฏิกิริยาควบแน่นเนงิชิซึ่งควบแน่นสารประกอบอินทรีย์ของสังกะสีและสารประกอบเฮไลด์อินทรีย์โดยใช้แพลเลเดียมหรือนิกเกิลเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาเพื่อสร้างพันธะคาร์บอน–คาร์บอน ซึ่งเป็นผลงานที่ทำให้เขาได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีใน พ.ศ. 2553[10] นอกจากนี้ เขายังค้นพบด้วยว่าสารประกอบอินทรีย์ของอลูมิเนียมและเซอร์โคเนียมก็ใช้ในปฏิกิริยาควบแน่นแบบไขว้ได้เช่นกัน เนงิชิเลือกที่จะไม่จดสิทธิบัตรปฏิกิริยาของเขาเช่นเดียวกับอากิระ ซูซูกิ โดยให้เหตุผลว่าเพื่อให้ทุกคนมีสิทธิใช้ปฏิกิริยานี้สังเคราะห์สารประกอบได้[11]สารประกอบ Zr(C5H5)2 ซึ่งเตรียมจากการรีดิวซ์เซอร์โคโนซีนไดคลอไรด์ยังมีชื่อเรียกว่า เนงิชิรีเอเจนต์ และใช้ในการสังเคราะห์เบนซีนที่มีหมู่แทนที่หลายหมู่ เซอร์โคโนซีนไดคลอไรด์เป็นสารประกอบในกลุ่มเมทัลโลซีน (Metallocene) เช่นเดียวกับเฟอร์โรซีน