Der Forscherdrang bei Heraeus entwickelte sich auch im 20. Jahrhundert ungebremst weiter. So geht eine der herausragendsten Innovationen in der ersten Hälfte des Jahrhunderts auf Heraeus zurück: das Schmelzen metallischer Werkstoffe unter Vakuum. Kurzzeitig hatte Heraeus sogar ein selbständiges Unternehmen in diesem Bereich, das vor allem durch seine technischen Innovationen glänzte. Zwischen 1923 und 1933 erhielt die Heraeus Vakuumschmelze insgesamt 84 deutsche Patente. In den Zwanziger Jahren schließlich trat die dritte Generation in das Unternehmen ein: Dr. Wilhelm Heinrich Heraeus war fast vierzig Jahre für die technische Leitung des Unternehmens verantwortlich. Sein Vetter Dr. Reinhard Heraeus kümmerte sich ebenso lang um die kaufmännischen Belange.

Der Erste Weltkrieg, die Inflation und der Zusammenbruch der Märkte brachten auch für Heraeus Schwierigkeiten mit sich. Trotzdem wuchs das Unternehmen kontinuierlich. 1939 beschäftigte Heraeus 1.000 Mitarbeiter und verzeichnete einen Jahresumsatz von 20 Millionen Mark. Unter der Leitung von Dr. Reinhard Heraeus hatte sich das Familienunternehmen endgültig zu einem Multi-Produkt-Konzern entwickelt.

Mit Beginn des Zweiten Weltkriegs nahm diese Entwicklung ein jähes Ende. Viele Mitarbeiter wurden zum Militär eingezogen, die Betriebsanlagen in Hanau bei Bombenangriffen fast völlig zerstört.