W 1934 roku Todd, wrócił do Szkocji, gdzie podjął pracę badawczą na Uniwersytecie Edynburskim, dwa lata później przeniósł się do Lister Institute of Preventive Medicine w Chelsea, a w 1937 roku objął także stanowisko Readera na University of London. W 1938 objął stanowisko profesora chemii, a także Dyrektora Laboratorium Chemicznego na University of Manchester, w 1944 objął przyjął posadę profesora chemii organicznej na University of Cambridge.
Podczas pobytu w Manchesterze rozpoczął badania nukleozydów, w 1949 roku dokonał pierwszej syntezy Adenozyno-5′-trifosforanu (ATP), a następnie dinukleotydu flawinoadeninowego (FAD). W 1955 opisał strukturę witaminy B12.
W 1975 roku został mianowany kanclerzem University of Strathclyde, w latach 1978–1986 był profesorem wizytującym na Hatfield Polytechnic. Nawiązał też współpracę z Politechniką Łódzką.
W 1954 otrzymał tytuł szlachecki, w 1957 został laureatem Nagrody Nobla w dziedzinie chemii za badania nukleotydów i enzymów nukleotydowych. W 1970 został członkiem zagranicznym PAN.