Gli studi e gli esperimenti di Carothers aprirono la strada all'invenzione, da parte di altri chimici, di nuove resine e fibre sintetiche oggi molto in uso come l'orlon ed il terilene o dacron.
Figlio di un maestro di scuola, Carothers studiò all'Università dell'Illinois dove nel 1924 si laureò in filosofia e nel 1928 in chimica. Fu subito assunto dalla ditta Du Pont de Nemours (uno dei giganti della chimica negli Stati Uniti e nel mondo) come direttore di un reparto di ricerche di chimica organica a Wilmington, nel Delaware. Qui Carothers svolse tutto il suo lavoro di pioniere nel campo delle resine sintetiche.
Ebbe successo e fama, ma fu infelice nella vita privata. Si uccise in uno dei tanti momenti di depressione: portava sempre con sé una capsula contenente del cianuro di potassio e ne disciolse il contenuto in succo di limone, per accelerarne l'effetto. L'8 gennaio del 1937 la sorella Isobel morì di polmonite. Questo evento lo segnò profondamente. Non fu ritrovato nessun messaggio o lettera.