I 1954 vant Pauling Nobelprisen i kjemi og i 1962 Nobels fredspris og er dermed den eneste hittil som har vunnet to Nobelpriser. Kampen mot atomkappløpet mellom øst og vest skulle bli hans fanesak etter andre verdenskrig. Han hadde tidlig en sterke interesse for kjemi, og etter å ha oppnådd Bachelor of Science-graden tok han doktorgrad. Fra 1931 var han professor og forsker ved California Institut of Technology. Atombomben over Hiroshima og Nagasaki satte et skille i Paulings liv. Han skrev og talte mot atomprøvesprengninger i atmosfæren. Pauling ble også en sentral skikkelse i Pugwash-bevegelsen som arbeider for å redusere kjernevåpnenes plass i internasjonal politikk. I 1957 sendte han ut en appell hvor han oppfordret vitenskapsmenn til å kreve at atommaktene umiddelbart innstilte prøvesprengningene. Appellen fikk enorm oppslutning. 11 000 forskere fra 49 land undertegnet. I 1958 ga Paulig ut boken "No more war!". I 1959 var han med på å organisere den femte verdenskongressen mot atomvåpen i Hiroshima, og han skrev selv "Hiroshima-appellen", konferansens sluttdokument. I 1961 sto han i spissen for en konferanse i Oslo mot spredning av atomvåpen. Etter invitasjon fra det sovjetiske vitenskapsakademiet reiste han til Moskva og refset de sovjetiske planene om å bryte avtalen om prøvestans. En ny prøvestansavtale ble undertegnet samme dag som Nobelkomiteen kunngjorde at Pauling hadde vunnet fredsprisen for 1962.