פרופ' רות ארנון עדיין זוכרת את היום בו החליטה להצטרף למכון ויצמן למדע. כשהייתה סטודנטית באוניברסיטה העברית יצאה לסיור במכון, מלווה במורה לכימיה - פרופ' אהרון קצ'לסקי-קציר (אחיו של אפרים קציר, לימים הנשיא הרביעי של מדינת ישראל). "במכון היו אז רק בניינים ספורים", נזכרת פרופ' ארנון, "אבל הבניין המרכזי, עם המבואה המרשימה והמעבדות המצוידות, נראה כמו לי כמו מקדש של מדע. ידעתי מיד שזה המקום בו אני רוצה ללמוד ולעבוד". עם סיום שירותה הצבאי ולימודי התואר השני חזרה פרופ' ארנון למכון. עבודת הדוקטורט שלה נעשתה בהנחיית פרופ' מיכאל סלע, שהצטרף למכון זמן קצר קודם לכן. "הייתי תלמידת המחקר הראשונה של פרופ' סלע. למעשה, באותם ימים לא הייתה במכון מחלקה לאימונולוגיה - אנחנו היינו הראשונים שביצעו מחקרים בתחום זה. במכון ויצמן גם לא היו אמצעים לניסויים בחיות מעבדה, ואת הניסויים האלה עשיתי בירושלים, במעבדות האוניברסיטה העברית". היא חקרה את תכונותיהן של מולקולות חלבון סינתטיות, אותן ייצר פרופ' קציר. במעבדתו של פרופ' סלע יצרה פולימרים דמויי חלבון, אשר שימשו ככלי לחקר המערכת החיסונית.
לאחר מחקר בתר-דוקטוריאלי בארצות-הברית חזרה למכון, והמשיכה לחקור את הפולימרים הסינתטיים. במחקר משותף עם פרופ' סלע ועם ד"ר דבורה טיטלבאום גילתה, כי אחת המולקולות האלה מסוגלת למנוע את הסימפטומים של מחלה המשמשת מודל לחקר טרשת נפוצה. בשנים שלאחר מכן עסקו מחקריה בהבהרת מנגנון הפעילות של המולקולה - המשווקת כיום כתרופה לטרשת נפוצה תחת השם המסחרי "קופקסון". במחקריה הנוספים פיתחה, בין היתר, חיסון סינתטי ארוך-טווח למחלת השפעת, המצוי כיום בפיתוח בחברת הזנק, ועסקה בשיטות לתקיפה ממוקדת של תאים סרטניים. פרופ' ארנון זכתה בהרבה מאוד פרסים, ובהם פרס ישראל ופרס וולף לרפואה, וכיהנה כסגנית נשיא מכון ויצמן למדע.