Carothers a fost șef de grup la laboratorulDuPont Experimental Station, de lângăWilmington, Delaware, unde se făceau cercetări în domeniulpolimerilor.[12] Carothers a fost un chimist strălucit care, pe lângă dezvoltarea nailonului, a pus și bazele studiilor ce au dus la inventareaneoprenului. După ce și-a luat doctoratul, a predat la mai multe universități înainte de a fi angajat de DuPont pentru cercetări fundamentale.
S-a căsătorit cu Helen Sweetman la 21 februarie 1936. Carothers suferea dedepresie din tinerețe. În ciuda succesului cu nailonul, se simțea neîmplinit și lipsit de idei. Nefericirea sa a fost amplificată de moartea surorii sale și, la 29 aprilie 1937, s-a cazat într-o cameră de hotel din Philadelphia și s-a sinucis cu o cianură de potasiu dizolvată într-o limonadă.[13] Fiica sa, Jane, s-a născut după șapte luni, la 27 noiembrie 1937.