În 1925 a fost internat la Universitatea din Cambridge și a lucrat în laboratorul Cavendish sub conducerea lui Rutherford. În 1926 a fost invitat de către M. Bourn la Universitatea Goettingen, unde în 1927 și-a susținut disertația. În 1928 a lucrat la universitățile din Zurich și Leiden. Din 1929 până în 1947 a predat la Universitatea California și Institutul de Tehnologie din California. Din 1939 până în 1945 a participat activ la crearea bombei atomice în cadrul Proiectului Manhattan, condus de Laboratorul Los Alamos. Pentru următorii șapte ani a fost consilier al guvernului SUA, între 1947 și 1952 a condus comitetul consultativ general al Comisiei pentru Energie Atomică din SUA. În 1947-1966, Oppenheimer a fost director al Institutului de Cercetare de bază din Princeton, New Jersey.
Oppenheimer fac parte munca în mecanica cuantică, teoria relativității, fizica particulelor elementare, astrofizică teoretică. În 1927 om de știință a dezvoltat teoria de electroni liberi interacționează cu atomii. Împreună cu Born a creat teoria structurii moleculelor biatomice. In 1931, impreuna cu P.Erenfestom formulat teorema, potrivit căreia nucleul, constând dintr-un număr impar de particule cu rotire 1/2, trebuie să se supună Fermi - statistici Dirac și a unei chiar - Bode - Einstein (Teorema Ehrenfest - Oppenheimer). Aplicând teorema la nucleul de azot a arătat că structura proton-electron a ipotezei nuclee conduce la o serie de contradicții cu proprietățile cunoscute ale azotului. Am explorat conversia internă g raze. În 1937 el a dezvoltat teoria cascadă de dușuri cosmice în 1938 a făcut primul model de calcul al unei stele neutronice, în 1939 a prezis existența unor „găuri negre“.
Oppenheimer deține o serie de cărți științifice populare - Știința și înțelegerea comună (1954), The Open Mind (1955), Câteva reflecții asupra științei și culturii (1960).