Thorstein Hiortdahl var professor i kjemi ved universitetet i Kristiania i mer enn 45 år og ytet viktige bidrag til forståelsen av sammenhengen mellom stoffers kjemiske sammensetning og ytre form.
Hiortdahl vokste opp i Bergen og ble 1857 dimittert fra byens katedralskole til examen artium. Deretter begynte han å studere medisin ved universitetet i Christiania og avla 1. avdelings eksamen 1861. Under kjemiforelesningene som var en del av dette studiet, ble han så fascinert av kjemien at han kuttet ut medisinen og gikk over til å studere kjemi og mineralogi. Etter at han 1863 vant Kongens gullmedalje for en oppgave over mineralsyrer, fikk han en stilling som amanuensis ved universitetets mineralkabinett. Årene 1864–65 tilbrakte han i Paris med studier i kjemi, mineralogi og krystallografi.
Tilbake i Christiania ble han først universitetsstipendiat (1866–68) og deretter førsteamanuensis (1868–72) i kjemi. Etter søknad ble stillingen 1872 omgjort til et personlig professorat, et embete han innehadde helt til 1918. I perioden 1868–1912 var han dessuten lærer i kjemi ved Den militære Høiskole.
Hiortdahls vitenskapelige arbeider var i det vesentlige innenfor feltene kjemisk sammensetning av mineraler og krystallografi. Det han spesielt interesserte seg for, var å finne en sammenheng mellom mineralers sammensetning og krystallform. På den tid var ikke kjemien langt nok utviklet til at dette lot seg løse fullt ut, men Hiortdahl fant at det oppstod en lovmessig forandring av krystallformen ved kjemiske substitusjoner. Dette kalte han “partiell isomorfi”, et begrep som fortsatt benyttes. For disse arbeider ble et mineral som var funnet nær Langesund, gitt navnet hiortdahlitt. Selv om han i første rekke arbeidet med mineraler, var han også interessert i organiske stoffer og forandringer som oppstår etter substitusjonsreaksjoner.
Hiortdahl ble etter hvert trukket inn i så mange andre områder at det ble liten tid til egne eksperimentelle arbeider, så fra 1887 var disse i praksis avsluttet. Men hans forfatterskap fortsatte. Han skrev bl.a. en Kortfattet Lærebog i Chemie, som kom i 7 utgaver, og en lærebok i Kvalitativ kjemisk analyse, som kom i fire utgaver. Men hans virkelig store verk var boken Fremstilling af kemiens historie. Her beskrev han hvordan kjemien hadde utviklet seg som fag og vitenskap fra mer enn 5000 år f.Kr. og frem til slutten av 1800-tallet.
Hiortdahl var bestyrer for universitetets kjemiske laboratorium, dekanus ved Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet 1887–92 og formann i Det akademiske kollegium 1890–92. Han var dessuten formann i Apotekereksamenskommisjonen 1872–1918. Han deltok også i en rekke utenomakademiske virksomheter og var bl.a. medlem av Kristiania bystyre 1883–92, av Tilsynskomiteen for Aas høiere Landbrugsskole 1881–96 og av Kontrollkommissionen for Rigets Maal og Vægt.
Hiortdahl var med blant initiativtakerne til opprettelse av Norsk Kjemisk Selskap (NKS) 1893 og var selskapets formann 1906–12. Her ble han av sine venner og kollegaer karakterisert som “en liten mørk 'franskmann' med voksede barter og et ultrabergensk tonefall”, som var en trygg og sikker leder av debatter. For sitt virke i selskapet ble han, som den første, utnevnt til æresmedlem 1912. Han var også æresmedlem av Farmaceutisk forening. Han ble utnevnt til ridder av 1. klasse av St. Olavs Orden 1890 og fikk kommandørkorset av 2. klasse 1911, og han var ridder av den svenske Nordstjärneorden.