Crutzen și colegul său John Birks investigat un război la nivel mondial nuclear simulat. Ei ipoteza ca fel de mult ca 99 la suta din lumina soarelui ar fi absorbită de funingine negru de fum cauzate de incendiile furios care ar rezulta din război nuclear. Efectele acestei lipse de lumina soarelui, care ar fi devastatoare pentru toate formele de viață, a ajuns să fie cunoscut sub numele de "iarna nucleara".
Din cauza lucrărilor de Crutzen și a altor oameni de stiinta, Protocolul de la Montreal a fost înființată în 1987. Scopul acestui tratat internațional important a fost de a elimina încet producția de clorofluorocarburi (CFC) și alte substanțe chimice dăunătoare ozon.
Crutzen a castigat o parte din Premiul Nobel 1995 pentru chimie pentru descoperirea că oxizii de azot accelera defalcarea stratului de ozon. El a împărtășit premiul cu Molina și Rowland, care a descoperit cum a CFC diminuează stratul de ozon. Aceste explicații de mecanisme chimice asupra stratului de ozon contribuit foarte mult la conștientizarea problemelor de mediu la nivel global de.
Crutzen a fost director al diviziei Calitatea aerului de la Centrul National de Cercetare Atmosferica din Boulder din 1977 1980. Din 1980 până în 2000 , el a fost cu Societatea Max Planck pentru progresul stiintei in Munchen, și a servit ca director al diviziei de chimie atmosferică la Institutul Max Planck pentru Chimie, în Mainz, Germania. În 2000, el a devenit profesor emerit la Universitatea din Utrecht, Institutul de marină și Științe atmosferice, Țările de Jos.