Windaus arbetade med den kemiska strukturen hos steroler (komplexa alkoholer), framför allt kolesterol, och fastställde sambandet mellan steroler och vitamin D: D-vitamin bildas från kolesterol. För dessa arbeten erhöll han 1928 års Nobelpris i kemi. Genom sin forskning lämnade Windaus grundläggande bidrag till de kemiska strukturerna även för andra steroider