Negli anni '30 iniziò a mappare le parti del diencefalo che controllano gli organi interni eseguendo le sue ricerche sui gatti. Questi studi gli valsero il premio Nobel per la fisiologia e la medicina nel 1949. Hess contribuì anche a fondare la fondazione per la ricerca meteorologica "Fondazione Internazionale per la ricerca alpina, stazione di Jungfraujoch" nel 1930 e ne fu il direttore fino al 1937.