Początkowo podjął pracę na Uniwersytecie Nowojorskim, po kilku miesiącach przeniósł się do Instytutu Rockefellera, gdzie przyłączył się go grupy badawczej Alberta Claude'a. Claude i jego współpracownicy podejmowali wówczas próby wykorzystania mikroskopów elektronowych do badań komórek zwierzęcych. Badania te pozwoliły między innymi na odkrycie rybosomów, oraz pomogły wyjaśnić mechanizmy transportu białek w komórkach. Współpracował z Keithem Porterem, który odkrył siateczkę śródplazmatyczną. W 1970 Claude, Palade i Potter otrzymali za te odkrycia Louisa Gross Horwitz Prize. W 1974 Palade, Claude i Christian de Duve zostali laureatami nagrody Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny za ich odkrycia dotyczące strukturalnej i funkcjonalnej organizacji komórki.
W 1973 Palade przeniósł się na Uniwersytet Yale, gdzie został profesorem nowo utworzonego zakładu biologii komórki. W 1990 został dziekanem do spraw naukowych w Szkole Medycyny Uniwersytet Kalifornijskiego w San Diego. W 2001 przeszedł na emeryturę.
Był dwukrotnie żonaty (jego pierwsza żona Irina Malaxa zmarła w 1969). W 1970 ożenił się z Marilyn Farquhar, również specjalistką w dziedzinie biologii komórki.