По приглашению профессора Гёттингенского университета М. Борна Оппенгеймер переехал из Великобритании в Германию. В эти годы он слушал лекции выдающихся физиков мира — Э. Шредингера, В. Гейзенберга, Дж. Франка и работал вместе с ними в области квантовой механики. Впоследствии Оппенгеймер писал: «Это был период кропотливой работы в лабораториях, решающих экспериментов, дерзких начинаний, множества ошибочных исходных позиций и смутных догадок. Это было время непрерывной переписки, поспешных конференций и дискуссий, критики и блестящих математических импровизаций. Это была эпоха созидания: новые догадки вселяли ужас и энтузиазм одновременно».

В 1929 г. Оппенгеймер, закончив курс в Лейденском университете и Высшем техническом училище в Цюрихе, возвратился на родину. Молодым, талантливым, уже известным ученым-физиком заинтересовались сразу 10 американских университетов. Так как его здоровье в это время пошатнулось, врачи, опасаясь туберкулеза, рекомендовали ему пожить на западе США. Оппенгеймер поселился на ферме, расположенной в штате Нью-Мексико. К западу от фермы находился небольшой городок Лос-Аламос, в котором впоследствии под руководством Оппенгеймера успешно работала секретная лаборатория Манхэттенского округа.

В течение 20 лет Оппенгеймер одновременно занимал пост ассистента профессора в Калифорнийском технологическом институте в Пасадине и в Калифорнийском университете в Беркли. Здесь он учился санскриту (восьмой язык, которым он владел) у знаменитого ученого-санскритолога А. Райдера. На вопрос о том, почему он выбрал университет в Беркли, Оппенгеймер отвечал:

— Меня привлекло туда несколько старых книг: коллекции французских поэтов XVI и XVII столетий в университетской библиотеке решили все.

Тесное общение с выдающимися физиками наложило отпечаток на всю биографию Оппенгеймера. Работая в области квантовой механики, ученый провел исследования новых свойств вещества и излучения, разработал метод расчета распределения интенсивностей по компонентам спектров излучения и создал теорию взаимодействия свободных электронов с атомами. В дальнейшем сфера его научных интересов переместилась в область физики атомного ядра. С момента открытия деления урана в 1939 г. Оппенгеймер постоянно интересовался изучением этого процесса и связанной с ним проблемой создания атомного оружия. С осени 1941 г. он участвовал в работе специальной комиссии Национальной академии наук США, обсуждавшей проблемы использования атомной энергии в военных целях. В то же время Оппенгеймер руководил группой теоретической физики, изучавшей пути создания, атомной бомбы. Ему же в значительной степени принадлежала идея объединения всех усилий физиков, работавших в США над атомным оружием, в единый научный центр. А когда эта идея получила поддержку правительства, руководить таким центром было поручено Оппенгеймеру.

Как выяснилось позднее, решение пригласить Оппенгеймера на пост руководителя Лос-Аламосской лаборатории было принято военно-административной верхушкой США не без колебаний. Было известно, что ученый в недавнем прошлом явно симпатизировал левым кругам и даже имел личные связи с некоторыми членами американской Компартии. Оппенгеймер был человеком состоятельным и не раз принимал участие в денежных сборах, цели которых были определены потом как «коммунистические». Его младший брат Фрэнк и жена брата одно время состояли в Компартии США. Жена самого Оппенгеймера прежде была замужем за коммунистом, погибшим во время гражданской войны в Испании. Преступления гитлеровского режима в Германии глубоко потрясли Оппенгеймера, бывшего дотоле абсолютно аполитичным человеком. Желая внести вклад в борьбу с фашизмом, он принимал активное участие в работе ряда антифашистских организаций и даже написал несколько пропагандистских брошюр и листовок и отпечатал их на собственные средства. К моменту приглашения Оппенгеймера на должность руководителя лаборатории прошло уже три года, с тех пор как он порвал свои прежние политические связи.

Начиная работу над созданием атомной бомбы, Оппенгеймер заполнил очень подробную анкету, перечислив все свои связи с левыми элементами, которые могли бы представить интерес для полицейских и военных властей. Ученый достаточно хорошо понимал, что полиция и армия должны и будут интересоваться его прошлым, поскольку он назначался на должность с точки зрения безопасности и разведки очень важную.

16 июля 1945 г. было успешно проведено испытание первой американской бомбы, а вскоре Оппенгеймеру пришлось вместе с другими членами Временного комитета при президенте Трумэне выбирать объекты для атомной бомбардировки. И хотя к этому времени многие из его коллег, знакомых с работой Лос-Аламосской лаборатории, активно выступили против варварских атомных бомбардировок, которые не были вызваны военной необходимостью (ибо капитуляция Японии была уже предрешена), Оппенгеймер не присоединился к ним.

Впоследствии, объясняя свое поведение, он говорил, что полагался на военных и политиков, которые лучше знали реальную обстановку.

В октябре 1945 г. Оппенгеймер покинул пост директора Лос-Аламосской лаборатории и возглавил Институт перспективных исследований в Принстоне /

Слава его в США и за их пределами достигла кульминации. Газеты Нью-Йорка писали о нем все чаще в стиле сообщений о кинозвездах Голливуда. Еженедельник «Тайм» поместил его фото на обложке, посвятив ему центральную статью в номере. Именно с тех пор его стали называть «отцом атомной бомбы». Президент Трумэн наградил его «Медалью за заслуги» — высшим американским орденом. Журнал «Попьюлар микэник» причислил его к «Пантеону первой половины столетия». Многие заграничные высшие учебные заведения и академии присылали ему членские и почетные дипломы.

Однако судьба Оппенгеймера еще долго была связана с атомным оружием. В 1946 г. он стал председателем консультативного комитета Комиссии по атомной энергии США, доверенным советником политиков и генералов. В этой должности он принимал участие в разработке американского проекта международного контроля над атомной энергией, подлинная цель которого состояла не в том, чтобы запретить и уничтожить атомное оружие, прекратить его производство и восстановить свободный обмен научной информацией, а в том, чтобы обеспечить США гегемонию во всех областях атомной науки и техники.