Hofmann se encontraba estudiando derivados (amidas) del ácido lisérgico, un compuesto producido por el hongo Claviceps purpurea o cornezuelo del centeno. Pretendía encontrar sustancias con valor para la industria farmacéutica, en concreto, estimulantes del aparato respiratorio y el sistema circulatorio, un analéptico. A a la molécula de ácido lisérgico le adicionó un sustituyente dietilamida, y le puso el nombre LSD-25 (del alemán Lysergsäure-Diethylamid, y el número de molécula que había sintetizado). La guardó "en el cajón", y continuó investigando para sintetizar otros compuestos.
Hasta 1943, casi 5 años después, que se descubrieron sus propiedades psicodélicas, término acuñado por el psiquiatra Humphry Osmond en una carta enviada a Aldous Huxley, juntando las palabras griegas psychē (alma) and dēloun (revelar).
El 16 de abril de ese año, Hofmann decidió volver a sintetizar la molécula, y accidentalmente entró en contacto con ella a través de las manos. Describió los efectos como de agitación combinada con un ligero mareo. Ya en casa, se acostó y se sintió en un estado como de borrachera no desagradable y con la imaginación extremadamente estimulada. Con los ojos cerrados, como en un sueño, percibió varias imágenes caleidoscópicas y coloridas, hasta que dos horas más tarde estos efectos desparecieron.
Cuando regresó al trabajo, valoró las sustancias que había estado manipulando y llegó a la conclusión de que había absorbido parte del LSD-25 a través de la piel de los dedos. El día 19 de abril decidió probar por sí mismo los efectos de esta potencial droga e ingirió 0,25mg de la sustancia por vía oral, cantidad que consideró ser el umbral de acción de la droga (en realidad, son 0,20mg).
En menos de una hora, Hofmann experiménto cambios repentinos e intensos en la percepción, y le pidió a su ayudante de laboratorio que le acompañara a casa. Como en la época de la II Guerra Mundial había restricciones para usar los vehículos de motor, fueron en bicicleta, y de camino su estado empeoró. Sumado a su ansiedad, cuando llegaron a su casa llegó a creer que su vecina, la Señora R., que inocentemente le llevó un poco de leche a casa, era una malévola e insidiosa bruja con una máscara de color. Todo giraba alrededor en la habitación y los objetos y muebles habituales de pronto tenía formas amenazantes y grotescas. Hofmann llegó a pensar también que se había vuelto loco, y que el LSD lo había envenenado. Cuando un médico le examinó, no observó anomalías físicas, excepto una midriasis exagerada (dilatación de pupilas).
Poco a poco, empezó a sentir sensaciones placenteras con colores y formas que se movían al cerrar los ojos, imágenes caleidoscópicas se abrían y cerraban formando círculos y espirales de forma constante. Desde entonces, el día del primer viaje de LSD se conoce como el "Día de la Bicicleta".
Esta droga, que era mucho más potente que la mescalina, representaba para Hofmann un descubrimiento muy significativo, ya que una sustancia psicoactiva tan potente sería útil como herramienta en psiquiatría, y no imaginaba que pudiera usarse de forma recreacional.
Estructuralmente, el LSD tiene una parte análoga al neurotransmisor serotonina (5-HT), y actúa como agonista de los receptores de esta molécula, pero no se conoce todavía el mecanismo por el que produce los efectos alucinógenos.
Los laboratorios Sandoz fueron los únicos que manufacturaron y comercializaron el LSD, que fue puesto a la venta por primera vez en 1947 bajo en nombre comercial Delysid®. Tenía prometedoras aplicaciones en psiquiatría, pero su abuso en los años 60 hizo que fuera prohibido.
Como curiosidad, el autor de la novela distópica "Un mundo feliz" Aldous Huxley, fue un fiel defensor de su uso recreacional, e incluso en su lecho de muerte cuando era incapaz de hablar debido a un cáncer de laringe muy avanzado, escribió una nota a su mujer Laura pidiendo "LSD, 100 µg, intramuscular".