In den ersten Jahren seiner Karriere führte Walter Kutschera in Deutschland kernphysikalische Experimente mit Teilchenbeschleunigern durch. Nach seinem Wechsel zum Argonne National Laboratory in der Nähe von Chicago im Jahr 1978 begann er auf einem neuen und sich entwickelnden Gebiet zu arbeiten, der Beschleuniger-Massenspektrometrie (accelerator mass spectrometry, AMS). Bei dieser Methode werden Teilchenbeschleuniger als hochempfindliche Massenseparatoren eingesetzt. Im Jahr 1993 zog er nach Wien, wo er den Vienna Environmental Research Accelerator (VERA) initiierte und leitete.

Die AMS ermöglicht es, extrem geringe Konzentrationen langlebiger Radioisotope nachzuweisen. Diese werden durch kosmische Strahlung, durch anthropogene Einflüsse oder durch Elementsynthese in Sternen erzeugt. Walter Kutschera hat die AMS-Technik in verschiedenen interdisziplinären Bereichen angewendet, von der Kernphysik mit der Erforschung superschwerer Kerne bis hin zur Astrophysik, Archäologie, Geowissenschaften und Lebenswissenschaften. Zu seinen bedeutendsten Arbeiten zählen die Altersbestimmung des antarktischen Eises und des sogenannten Eismannes „Ötzi“.

Kutschera wurde von der Jury für seine „herausragenden Leistungen in der Kernphysik, insbesondere in der Beschleuniger-Massenspektrometrie“ ausgezeichnet.

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