Bosch utvecklade 1909–13 den av Fritz Haber upptäckta metoden för syntes av ammoniak direkt ur kväve och väte till storindustriell skala. Han tilldelades 1931 Nobelpriset i kemi tillsammans med Friedrich Bergius för ”förtjänster om de kemiska högtrycksmetodernas uppkomst och utveckling”. Bosch var verksam i BASF, vars chef han var 1919–25.