路易斯做了高等师范学校的研究室助手之后，他边做助手工作，边写博士论文。一年之后，也就是1847年的8月，他的论文通过，因此获得了理学博士学位。

虽然路易斯的博士论文成绩不算太好，但是父亲仍为儿子成了博士感到很高兴。

同年12月底，路易斯将学校薪水的一部分寄给姐妹们。不久后他接到父亲的信里面提到了送钱的事：“你寄来的钱收到了。姐妹们都很高兴，但是我认为这些钱你该自己留着，可以跟好朋友一起吃顿美味的大餐。”

在这一封信中，还附上了母亲写的几句话。

从这封信就可以明白，路易斯的父母都很担心路易斯为了研究学问而搞垮身体，希望他在巴黎能愉快健康地生活。但是路易斯却整天把自己关在研究室里，开始研究学生时代就想做的酒石酸。

酒石酸是瑞典一位著名的科学家在1770年发现的，是一种透明的柱状结晶。酿造葡萄酒的桶里会产生石状物，俗称酒石。柱状结晶的酒石酸就是从酒石中发现的。

50年后的1820年，阿尔萨斯的酿造业者，在制造酒石酸时，偶然得到了一种奇妙的酸，法国学者称它为副酒石酸。

所以酒石酸分为普通的酒石酸和副酒石酸两种，它所衍生的化合物也就有酒石酸盐和副酒石酸盐两类了。

分析酒石酸和副酒石酸，可以发现它们的成分是一样的，但是物理性质却不同。这是什么原因呢？很多学者研究这一问题，但都为找不出原因而感到困惑。以当时的知识来说，同样成分的物质，其化学和物理性质也该是一样的才对。

路易斯对于当时一流学者们都认为是烫手山芋的这一问题，决心想办法将其解决。

当阳光或电灯光等光束通过方解石结晶时，光会曲折而分成两道，所以一个电灯会看成两个。这分离的两道光都叫做偏光。以方解石组成的棱镜，使光束分为两道偏光，并消除其一，利用剩下的一道偏光以检查种种物质的称为偏光计。

将两个方解石棱镜，以某一角度放置，则偏光完全不能通过。在这个二棱镜之间放置酒石酸溶液时，偏光能通过些许；可是如将其中一棱镜稍向右旋转，则偏光又完全不能通过了。这样，酒石酸可使偏光面旋转的，我们就说它是活性的。

与此相反，副酒石酸全无此作用。换句话说，副酒石酸是非活性的，也就是不活性的。

结晶形状相同，且经分析所得之化学成分也完全一样的这两种物质，为什么会一个具有活性，一个具有不活性呢？这就是之前将这个问题称为“烫手山芋”的症结。

路易斯现在进行的研究，就是为了解决这个疑问。关于这个问题的研究，他早已从学生时代就着手进行了。

路易斯在学生时代，利用高等师范学校的图书馆，对酒石酸问题做了历史性调查，也读遍了有关的实验论文。尤其是德国一位知名学者的论文——《论述酒石酸和副酒石酸物理性的不同》，路易斯一遍遍地品读，终于背下来了。有一次路易斯在散步，他竟然将这篇论文一字不漏地背诵出来，这让好友夏布伊大为惊叹。

虽然路易斯在学生时代就已着手酒石酸的研究，但是其他要念的功课很多，所以他不能集中全部精力予以思考和研究。现在路易斯是研究室的助手，完全可以专注于自己的研究了，所以他一心扑在解决这个难题之上。

路易斯生来就很有耐性，他在仔细观察酒石酸结晶之后，发现了一流化学家们都没有观察到的一个小结晶面。将结晶转到某一方向时，此面就显现于右肩部位。现在我们暂时将这个结晶面称为小面。副酒石酸结晶却没有这个小面。

“就是因为这个原因，这样或许可以说明问题。”路易斯想，“酒石酸使偏光面右转，就因右肩部位有小面。而副酒石酸不使偏光面旋转，也就是不活性的，就是因为没有这种小面的关系。”

路易斯作了如此推测，然后再次检查酒石酸和副酒石酸。结果酒石酸确实有小面，但检查副酒石酸的结果，令他大失所望，因为副酒石酸也有小面。

不过有趣的是，副酒石酸的小面，有的位于右肩，有的位于左肩。于是，路易斯仔细地用镊子将副酒石酸的结晶中具有右肩小面的和具有左肩小面的分别挑开。

路易斯心想：如果把这两种结晶，分别用偏光计检查，会得到什么样的结果呢？小面在右肩的，同酒石酸一样，使偏光面右转；反之，小面在左肩的会使偏光面左转。副酒石酸不会使偏光面旋转，可能是因为含有等量的两种结晶。使偏光面往相反方向旋转的两种结晶混合的时候，会互相中和而使偏光面不旋转了。

路易斯决定用偏光计来检查，这样可以证实自己的推理正确与否。

如果正如路易斯所推论的，那这就是一大发现。至今仍未被了解的谜，岂不是马上就解决了吗？

路易斯满怀期待与兴奋，将小面位于右肩的副酒石酸溶液置入偏光计中，半带忧容地注视偏光计。正如他预料的，偏光面右转了，路易斯的脸色随之开朗起来。检视含有小面位于左肩的溶液，则见偏光面左转。接着，将二者等量混合的溶液检视，结果偏光面不旋转。

“我知道了！我知道了！这下我全知道了！”路易斯兴奋地大叫，他激动得心跳手颤，几乎没法再度检视偏光计。

一旦有了新发现，谁都会兴奋的。路易斯无法抑制兴奋，不断重复喊着“知道了”跳出研究室。他在走廊碰到了物理实验的助手，路易斯出其不意地抱住那位助手，嘴里仍然说着：“知道了！知道了！” 被抱的助手莫名其妙，大吃一惊地问：“怎么了巴斯德先生？您知道什么了？”

“我发现了！我有新的发现了！”

“您到底发现什么了？”

“哦……对了，你听我说……”于是，路易斯带着惊讶的助手到卢森堡公园里，热诚地详细说明自己的发现。

让一流化学家都感到头疼的酒石酸与副酒石酸间性质上的差异，现在已经被破解了。对于年轻的路易斯来说，第一次工作就有这般成就，实在让人兴奋，那时候是1848年，他刚满26岁。

路易斯的这一发现为结晶化学奠定了坚实基础，之后发展出了一门名为“立体化学”的科学。只凭着这一发现，就能够让路易斯名垂科学史了。