폰 바이어 박사는 폼알데하이드의 축합 반응, 하이드로벤젠, 녹색 식물에 의한 탄소 동화 작용 등 유기 화학의 연구 논문을 많이 발표하여 유기 합성 화학에 특히 큰 공적을 남겼다. 그는 '쪽'이라는 식물에서 나는 남빛의 물감 인디고를 연구하였다. 과학자들은 인디고의 구조를 밝히려 오랫동안 연구했지만 복잡하고 특이한 구조로 이루어져 있는 인디고 구조는 오랫동안 밝혀지지 않았다.  폰 바이어는 20년 동안 인디고를 연구한 끝에, 인디고를 잘게 분해해 얻은 조각들을 독립적으로 합성하는데 성공했다. 합성을 통해 얻은 결합이 자연상태의 결합과 일치하는 구조를 알아냈고 천연물질의 인공제법에 성공한 것으로 유기화학의 새 분야를 열었다.