Potencijal za prirodne znanosti Prelog je pokazao već kao 15-ogodišnji gimnazijalac, kada je uz pomoć profesora objavio svoj prvi znanstveni rad. Doktorirao je kemiju u Pragu, a potom 1935. preuzeo i modernizirao nastavu organske kemije na Tehničkom fakultetu Sveučilišta u Zagrebu. Unaprijedio je hrvatsku farmaceutsku industriju dok je skupina njegovih učenika i znanstvenih suradnika u sklopu tzv. Prelogove zagrebačke škole organske kemije postala prepoznatljiva u Europi.

Nakon izbijanja Drugoga svjetskog rata, na poziv Leopolda Ružičke, odlazi u Zürich, u Laboratorij za organsku kemiju Savezne tehničke visoke škole (Eidgenössische Technische Hochschule, ETH) te ga nakon umirovljenja 1957. nasljeđuje na mjestu voditelja.

Prelog je imao široko područje znanstvenoga interesa, ali središnje mjesto zauzimala je stereokemija (istraživanje prostornoga rasporeda atoma u molekuli), za čije je istraživanje i doprinos dobio Nobelovu nagradu za kemiju 1975.