Paul Müller war zwar kein Arzt, doch hat er durch seine Arbeit weit in das medizinische Fach gewirkt, dessen höchste Ehrung ihm 1948 zuteil wurde: Der Medizinnobelpreis für die Entdeckung der starken Wirkung on DDT als Kontaktgift gegen mehere Anthropoden (Gliederfüßer).

Die Substanz die als Kontaktinsektizid mit der Kurzbezeichnung "DDT" (Abkürzung für Dichlordiphenyltrichloräthan) ab 1942 zum Schutz vor Fleckfieber und Malaria sowie als Agrochemikalie eingesetzt wurde, führte später durch seinen unverhältnismäßigen Einsatz zur Resistenz zahlreicher Insektenstämme und wegen seiner hohen Persistenz in der Umwelt und der Bioakkumulation in der Nahrungskette zum Verbot in zahlreichen Industrieländern. Dies schmälert jedoch keineswegs Müllers Verdienste.

Als Sohn eines Angestellten der Staatsbahn, begann er nach seinem Schulabschluss in Basel im Jahre 1916 bei der Firma Dreyfus & Co. eine Lehre als Laboratoriumsassistent, die er ein Jahr später bei der Firma Lonza AG weiterführte und als Chemieassistent im Forschungslaboratorium für Pflanzenschutzmittel abschloss. 1919 schloss Müller ein Chemiestudium an der Universität Basel an und beendete das Studium 1925 mit der Promotion.

1927 heiratete er Friedel Rüegsegger, mit der er zwei Söhne und eine Tochter hatte.
Nach seinem Studium begann Paul Müller in der Forschungsabteilung für Pflanzenschutz der altehrwürdigen Firma J. R. Geigy Dye-Factory Co. in Basel (ab 1970 unter dem Ciba-Geigy AG bekannt; 1996 Fusion mit der Firma Sandoz AG; jetziger Name: Novartis) seine wissenschaftliche Laufbahn als Chemiker. 1946 wurde er zum Leiter dieser Abteilung und blieb dieser bis zu seiner Pensionierung treu.

Paul Müllers erste Arbeiten waren chemische und elektrochemische Untersuchungen über die Wirkung der m-Xylidine - aus Xylol (Dimethylbenzol) gewonnene Ausgangsstoffe zur Synthese von Teerfarbstoffen. Im Verlaufe dieser Arbeiten begann er 1935 mit der Erforschung neuer synthetischer Kontaktinsektizide zur Bekämpfung von biologischen Pflanzenschädlingen. Nach einigen Jahren intensiver Forschungsarbeit fand er die Synthese von dem DDT, das zum Patent führte.
Wenngleich bereits erste Hinweise zu DDT im Jahre 1873 durch einen unbekannten Studenten gegeben wurden, so erkannte jedoch erst Paul Müller seine Wirkung als Schädlingsbekämpfungsmittel. Feldversuche zeigten die Effektivität des Stoffes auf Hausfliegen, Läuse und andere Insekten, und zwar in erster Linie als hochwirksames Kontaktgift, was bedeutet, das durch bloße Berührung eine Giftwirkung ausgelöst wird.

Ab 1942 erfolgte die gezielt Einführung von DDT in den Pflanzenschutz und den Hygienesektor. Bei letzterem beschleunigten die Kriegsjahre den experimentellen Einsatz.
Während des 2. Weltkrieges und auch danach entstand in vielen Gebieten der Welt die Gefahr von Seuchen und Epidemien, die mittelbar (aber auch unmittelbar) durch Schädlinge oder Krankheitserreger ausgelöst wurden. Infolgedessen kam es in vielen Gegenden zur Unterversorgung von herkömmlichen Schädlingsbekämpfungsmitteln, so dass der Siegeszug von DDT gleichsam vorprogrammiert war. Durch seinen Einsatz konnten Malaria, Typhus und Cholera drastisch reduziert werden, da es die Überträger dieser Infektionskrankheiten durch Insekten vernichtete, und auch in der Landwirtschaft wurde eine Vielzahl von Schädlingen wirkungsvoll bekämpft. DDT wurde damit rasch weltweit das führende Berührungsgift.

Nebst seinem jahrzehntelangen DDT-Versuchen beschäftigte sich Müller auch mit anderen Forschungsbereichen. So entdeckte er bereits im Jahre 1939 die Bedeutung des Hypophysenhormons im Gehirn für den Zuckstoffwechsel
Mit dem Nobelpreis für Medizin wurde er nicht zuletzt auch für seine vielfältigen und bedeutenden Beiträge Beiträge geehrt.