Tidligt liv
Han blev uddannet fra Elgin High School i Elgin, Illinois i 1927. Flory fik en bachelorgrad fra Manchester College (Indiana) i 1931 og en ph.d.-grad fra Ohio State University i 1934. Hans første stilling var hos DuPont sammen med Wallace Carothers.
Polymervidenskab
Florys tidligste arbejde inden for polymervidenskab var inden for polymerisationskinetik på DuPont Experimental Station. De fleste kemikere, der studerede kondensationspolymerisation, troede, at endgruppens reaktivitet faldt i takt med at makromolekylet voksede. Flory hævdede, at reaktiviteten var uafhængig af polymerens størrelse. Han viste, at antallet af tilstedeværende polymerkæder faldt eksponentielt med størrelsen.
Flory introducerede det vigtige begreb kædeoverførsel til studiet af additionspolymerisation. Dette forbedrede kemikernes forståelse af de kinetiske ligninger. Det hjalp også kemikerne til at forstå fordelingen af polymerstørrelserne.
I 1938, efter Carothers' død, flyttede Flory til Basic Science Research Laboratory på University of Cincinnati. Her udviklede han en matematisk teori for polymerisation af forbindelser med mere end to funktionelle grupper. Han udviklede også teorien om polymernetværk eller geler.
I 1940 blev han ansat i Linden, NJ laboratoriet i Standard Oil Development Company. Her udviklede han en statistisk mekanisk teori for polymerblandinger.
I 1943 tog han til Goodyear Tire and Rubber Company's forskningslaboratorier som leder af en gruppe om polymerers grundprincipper. I foråret 1948 inviterede Peter Debye, den daværende formand for kemiafdelingen på Cornell University, Flory til at holde de årlige Baker-forelæsninger. Han blev derefter tilbudt en stilling på fakultetet i efteråret samme år. På Cornell udvidede og forfinede Flory sine Baker-forelæsninger til sit bedste værk (magnum opus), Principles of Polymer Chemistry, som blev udgivet i 1953 af Cornell University Press. Dette værk blev hurtigt en standardtekst for alle, der arbejder med polymerer, og det er stadig meget anvendt den dag i dag.
Flory introducerede begrebet udelukket volumen for polymerer. (Werner Kuhn havde allerede i 1934 opfundet begrebet for molekyler generelt). "Udelukket volumen" henviser til den idé, at en del af et molekyle med lang kæde ikke kan optage plads, der allerede er optaget af en anden del af samme molekyle. Udelukket volumen bevirker, at enderne af en polymerkæde i en opløsning i gennemsnit er længere fra hinanden, end de ville være, hvis der ikke var noget udelukket volumen. Erkendelsen af, at udelukket volumen var en vigtig faktor i analysen af langkædede molekyler i opløsninger, gav et vigtigt konceptuelt gennembrud. Udelukket volumen forklarede flere af datidens gådefulde eksperimentelle resultater. Det førte også til begrebet thetapunktet, dvs. det sæt af betingelser, hvor et eksperiment kan udføres, så den udelukkede volumenvirkning neutraliseres. Ved thetapunktet vender kæden tilbage til de ideelle kædeegenskaber - de langtrækkende interaktioner, der stammer fra det udelukkede volumen, er elimineret. Dette giver eksperimentatorerne mulighed for lettere at måle kortdistancegenskaber som f.eks. strukturgeometri, bindingsrotationspotentialer og steriske interaktioner mellem nærtstående grupper. Flory lærte en anden fordel ved at udføre eksperimentet ved thetapunktet: kædedimensionen i polymersmelteringer ville have den størrelse, der er beregnet for en kæde i ideel opløsning. Dette fungerer, fordi udelukkede volumeninteraktioner neutraliseres ved thetapunktet.
Han opfandt også en original metode til at beregne den sandsynlige størrelse af en polymer i en god opløsning. Han opfandt Flory-Huggins opløsningsteori. Han udledte Flory eksponenten, som hjælper med at karakterisere polymerers bevægelse i opløsning.
Flory vandt Perkin-medaljen og Priestley-medaljen.
Flory-konventionen
Ved modellering af positionsvektorer for atomer i makromolekyler er det ofte nødvendigt at konvertere fra kartesiske koordinater (x,y,z) til generaliserede koordinater. Normalt anvendes Flory-konventionen til at definere de involverede variabler. Eksempelvis kan en peptidbinding beskrives ved hjælp af x,y,z-positionerne for hvert atom i bindingen, eller også kan Flory-konventionen anvendes. Her skal man kende bindingslængderne l i {\displaystyle l_{i}} 
, bindingsvinkler θ i {\displaystyle \theta _{i}} 
og dihedralvinklerne ϕ i {\displaystyle \phi _{i}} og dihedralvinklerne ϕ i {\displaystyle \phi _{i}} 
. En tredimensionel struktur kan beskrives ved hjælp af Flory-konventionen ved at anvende en vektorkonvertering fra de kartesianske koordinater til de generaliserede koordinater.
Senere år
Han blev professor på Stanford University i 1961. Han blev Jackson-Wood-professor der i 1966. Han trak sig tilbage fra Stanford i 1975. Han modtog Nobelprisen i kemi i 1974 "for sine grundlæggende resultater, både teoretiske og eksperimentelle, inden for den fysiske kemi af makromolekyler". Han forblev aktiv efter sin pensionering og var i nogle år konsulent for IBM. Han og hans kone Emily Catherine Tabor (nu død) fik tre børn, Susan, Melinda og John. Susan har to børn, Elizabeth og Mary. Elizabeth har tre børn, Katy Greer, Margaret Greer og Sam Greer. Paul J. Flory døde af et hjerteanfald i Big Sur, Californien i 1985.
