纳塔长期从事 [[ 合成化学 ]] 的研究，是最早应用X射线和电子衍射技术研究无机物、有机物、催化剂及聚合物结构者之一。1938年他由1-丁烯脱氢制得丁二烯，进一步发展了最早的合成橡胶方法。他的更重要的成就是在研究催化分解过程中非均相催化剂的吸附现象和动力学方面。他于1954年从事规化聚合（见定向聚合）的研究，成功地从廉价的丙烯获得性能良好的，可用于塑料、纤维的等规聚丙烯。后来这一方法被成功地用到一般烯烃和双烯烃。他首先在乙烯-丙烯共聚合上使用的催化体系，被称做齐格勒-纳塔催化剂，用它可以制成种种立体规整结构的聚合物和共聚物。规化聚合是高分子科学发展过程中的一个里程碑，它标志着人类第一次可以在实验室内从烯烃、二烯烃及其他单体合成过去只有生物体内才能合成的高分子。纳塔和他的助手共发表了1200篇科学论文，其中，以他个人名义发表的有540篇。取得约500项专利。他因对塑料领域内的高分子的结构和合成方面的研究而与[[卡尔·齐格勒]]共同获得1963年[[诺贝尔化学奖]]。还在国内外获得许多金质奖章和多种荣誉称号。