Publicou traballos relativos á glándula tiroide (ideando un método para o seu transplante), tratamentos antisépticos, infeccións cirúrxicas, feridas de bala e osteomielites aguda. Descubriu un método para reducir a luxación do ombreiro e introduciu novas técnicas nas operacións de hernia e de cancro de estómago. Realizou melloras técnicas a numerosos tipos de operacións cirúrxicas do pulmón, o estómago e a vesícula biliar.
En 1878 practicou con éxito a primeira extirpación do bocio, operación que tivo ocasión de repetir máis de 2.000 veces dado que vivía nunha das zonas máis bocióxenas do mundo. En 1912 preparou un coaguleno esterilizado que, inxectado, aumenta a coagulación do sangue e serve para previr e tratar hemorraxias internas.
Os seus éxitos no campo da cirurxía foron debidos en boa parte pola mellora do instrumental e pola utilización sistemática da asepsia. Débeselle a invención das pinzas hemostáticas de grampas que levan o seu nome. Considerado como o mellor cirurxián da súa época, foi elixido presidente do Primeiro Congreso Internacional de Cirurxía (1905)
En 1909 outórgaselle o Premio Nobel de Medicina polos seus traballos sobre a fisioloxía, patoloxía e cirurxía da glándula tiroide. Co importe do premio axudou a fundar o Instituto Kocher en Berna, escola de cirurxía na que se formaron grandes cirurxiáns.
