W 1904 roku przyjął stanowisko wykładowcy chemii w University of Manchester i przeprowadził się do Manchesteru w Anglii. W 1906 roku w Sopocie poślubił lekarkę Werę, którą poznał w 1900 r. w syjonistycznym klubie w Genewie. Mieli dwóch synów.
W latach 1904–1907 po raz pierwszy opisał proces uzyskiwania acetonu () przy wykorzystaniu fermentacji węglowodanów pochodzących np. z kukurydzy przeprowadzanej przez bakterie Clostridium acetobutylicum, a w 1915 r. złożył zgłoszenie patentowe na technologię przemysłowego uzyskiwania acetonu. Ponieważ aceton miał zastosowanie w produkcji militarnej – konkretnie kordytu (rodzaj prochu bezdymnego), który był stosowany przez brytyjską marynarkę – odkrycia Weizmana zostały bardzo szybko dostrzeżone i docenione, zwłaszcza w czasie I wojny światowej. Przy tym ze względu na sytuację wojenną i deficyty pożywienia, konieczne do procesu węglowodany pozyskiwano m.in. dzięki ogólnokrajowym akcjom zbierania nasion kasztanowców (kasztanów).