Stefan Hell forscht seit 1997 am Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie in Göttingen (seit 2022 MPI für Multidisziplinäre Naturwissenschaften) und seit 2016 auch am Max-Planck-Institut für medizinische Forschung in Heidelberg. Er lieferte sowohl das erste gangbare Konzept zur Überwindung der beugungsbedingten Auflösungsgrenze im fokussierenden Lichtmikroskop als auch den ersten experimentellen Beweis. Damit konnten in der Fluoreszenzmikroskopie die Grenzen der Lichtbeugung außer Kraft gesetzt werden und eine Auflösung entwickelt werden, die weit unterhalb der Lichtwellenlänge möglich ist. Bis dahin galt die Annahme, dass die Auflösung dieser Mikroskope auf die halbe Lichtwellenlänge (200 bis 400 Nanometer) begrenzt ist. Für die biomedizinische Forschung ist seine Entdeckung von großer Bedeutung, weil die Lichtmikroskopie bislang das einzige Verfahren ist, mit dem man in einer lebenden Zelle und in Gewebe die räumliche Organisation und Dynamik von Molekülen erfassen kann. Er selbst beschreibt sein Ziel als „feinste Details sichtbar machen bis auf die molekulare Skala“. In den letzten Jahren konnten er und seine Forschungsgruppe dieses Ziel der molekularen Auflösung (1-3 nm) erstmalig erreichen.
Nach seiner Promotion 1990 an der Ruprecht‐Karls‐Universität in Heidelberg arbeitet Hell an verschiedenen Instituten in und außerhalb Deutschlands, darunter auch als Projektleiter am Department of Medical Physics an der University of Turku in Finnland. Er habilitierte sich 1996 und wurde 1997 Leiter der selbständigen Nachwuchsgruppe des Max-Plank-Instituts für biophysikalische Chemie in Göttingen. Im Jahr 2003 wurde er als außerplanmäßiger Professor an die Fakultät für Physik der Ruprecht‐Karls‐Universität in Heidelberg berufen. Seit 2013 ist er Mitglied in die Nationale Akademie der Wissenschaften Leopoldina. Stefan Hell wurde für seine Forschung mehrfach ausgezeichnet. Unter anderem erhielt er 2014 die Carus‐Medaille der Nationale Akademie der Wissenschaften Leopoldina sowie – gemeinsam mit Eric Betzig und William E. Moerner – den Nobelpreis für Chemie der Königlich‐Schwedische Akademie der Wissenschaften.
Der Orden Pour le mérite wurde 1740 von Friedrich dem Großen gestiftet und 1842 von König Friedrich Wilhelm IV. um eine Klasse für Verdienste um Wissenschaften und Künste ergänzt. Nach den Statuten können jeweils höchstens 40 deutsche und ausländische Männer und Frauen Mitglieder sein. Der Orden steht unter dem Protektorat des Bundespräsidenten. Zu den Mitgliedern des Ordens zählen Käthe Kollwitz, Albert Einstein und Giuseppe Verdi.