1904年起执教于英国的曼彻斯特大学，并在此长期从事研究工作。

他成年以后的生活模式固定下来，即对科学的热爱和对犹太复国主义的热情融合在一起。

到20世纪初，魏茨曼已经成为世界犹太复国主义的著名成员，这个组织成立于1897年的第一次犹太复国主义运动大会，西奥多·海茨尔组织这个大会是为了在巴勒斯坦地区建立犹太人定居点。

但是1901年魏茨曼发现他和海茨的意见相左，于是组成犹太复国主义运动的第一个反对小组，1904年海茨尔去世后，在犹太复国主义者一片混乱震惊中，他作为海茨尔没有承认的继承者去英国担任曼彻斯特大学的一个学术职务，并在那里长期从事研究工作。

1905年，他遇见了亚瑟·贝尔福，使他确信巴勒斯坦是犹太人建立祖国的唯一合适据点。

1906年，他与韦拉查兹曼结婚，虽然由于工作的关系经常分离，但两人之间的爱弥补了这一切，他们很快就有了两个孩子。

1907年他在接任海茨尔的领导职务上迈出了重要的一步，他在第8次犹太复国主义运动大会上，发表了一篇综合犹太复国主义思想的演说，试图使海茨尔的激进的政治解决巴勒斯坦的主张和他的缓慢建立定居点的实用主义主张融合，这次演说后不久，他首次访问了巴勒斯坦，并协助建立了巴勒斯坦土地开发公司，加快了建立犹太定居点的步伐，1910年他正式加入英国籍。

在第一次世界大战期间（1916-1919）领导英国皇家海军的实验室。他在化学上著名的成就是发现了通过细菌发酵取得大量化学产品的方法，被认为是现代工业发酵技术之父。他使用细菌丙酮丁醇梭杆菌来生产丙酮。用丙酮制造的无烟炸药对协约国方面取得大战的胜利做出了贡献。魏茨兹曼把这个方法以收取版税的形式转让给了“商用溶剂公司”。

由于对1916年5月秘密签署的《赛克斯-皮科协定》（英法间秘密分割中东的协议）所指引的方向不满，魏茨曼利用自己的外交天才，劝说英国考虑犹太人所处的困境和他们对祖国的渴望，1917年，他促成亚瑟·贝尔福勋爵写出了《贝尔福宣言》。这个宣言似乎表明英国将全力支持犹太复国事业，贝尔福宣言称“不得伤害已经存在于巴勒斯坦的非犹太人群体之公民权利和宗教权利”。但魏茨曼却说：“关于阿拉伯问题，英国人告诉过我们，那里有几千万黑人，不过没什么要紧”。他创立了称为合成锡安主义的理论，支持为了以色列建国，采用民间殖民和高层外交斡旋并行的手段。他一般被认为是取向偏中的锡安主义者。

1919年1月3日，他和费萨尔一世签订了费萨尔-魏茨曼协定，在中东建立阿拉伯人和犹太人的联系。

1920年，魏茨曼全票当选犹太复国主义组织主席，他在锡安主义运动中承担了领导地位。

1920-1931、1935-1946年间任世界锡安主义组织会长。

1921年，他和著名犹太物理学家爱因斯坦一起参加了一次为耶路撒冷的希伯莱大学筹款活动。他以令人眩晕的高速度在各国之间穿梭，传播犹太复国主义思想并筹集资金。

魏茨曼也曾回到他的科学事业上来，第二次世界大战期间，他担任英国供给部的名誉顾问，并在合成橡胶和高辛烷值汽油方面进行研究。（前者是因为日本封锁了英国天然橡胶的来源）。

1948年他会见美国总统哈里·杜鲁门，确认美国对建立独立的以色列国家正义性的支持。

1948年建国后，魏茨曼成为第一任以色列总统。他完成了自己理论家的使命，在新的国家体制中处于旁观者的地位，总理戴维·本-古里安掌握了所有的实权。

他并且在居住的雷霍沃特（Rehovoth），建立了一个研究所，即魏茨曼科学研究所。此外他还在科学期刊上发表了很多文章。

需要付出全部精力的事业，艰巨的冲突和个人的挫折使他精疲力尽，他很快到70岁生日时去世，在世界许多犹太人眼里，他是一位犹太自由和解放者和促进者，为建立独立的犹太国家做出了最大的贡献。他的侄子埃泽尔·魏茨曼后来也担任了以色列总统之职。