1925年，當奧本海默抵達英國時，一些著名歐洲的物理學家，如愛因斯坦、維爾納·海森堡、尼爾斯·玻爾以及其他科學家所提出的理論，再加上盧瑟福這群實驗派物理學家的發現，揭開了人類對原子知識探求的新紀元。
原子不再被視為固體，而是個被極度壓縮的能量場，就像是充滿電磁能的小颶風。相同的物質則是近乎空曠，偶爾點綴著原子這種能量場的空間。
原子本身不是整塊、不可擊破的物體，而是有能量充斥其間，整個能量互相關聯，卻又不時相離。科學家們將原子中各部分強迫分離，研究其結構及運動規律。
奧本海默能在1925年來到歐洲攻讀物理是件十分幸運的事。但同時在劍橋研究物理也讓他度過了一段沮喪的時光。
他在實驗室的具體任務是製作用於研究電子穿透能力的極薄金箔。但是，令他懊惱的是，他發現自己根本做不好這件事。而且他覺得這件事簡單重複，既枯燥又單調，似乎永遠也搞不完。
唯一令他感興趣的是湯普森和盧瑟福在實驗室討論量子理論。這強烈地吸引著奧本海默，他急切地想一下子接觸到量子物理的最前沿。理想和現實的巨大反差讓他終日躁動不安。
與此同時，他第一次接觸到創造性的物理學本質問題，從而在理論學習方麵也遇到了困難。他在哈佛主攻的是化學，缺乏物理學與相應的數學基礎，因此心理上承受著巨大的壓力。
另外，卡文迪什實驗室從事的主要是實驗物理，奧本海默也因此吃盡了苦頭，因為他並不擅長做實驗，在實驗方麵表現得非常差，以至於後來他幾乎成了實驗室裏“多餘的人”。
他發現自己的工作形同虛設，於是他開始花時間參加各種各樣的研討會，閱讀大量的物理學雜誌。他認為在實驗室為數不多的好處之一是能經常遇到許多著名的物理學家。
“我見到了非常喜歡的布萊克特。”他跟朋友說。帕特裏克·布萊克特是一位對社會主義政治了解頗深的英國紳士，在3年前就完成了在劍橋的物理學業，後來也獲得過諾貝爾物理學獎。不久，布萊克特就成了奧本海默專業上的導師。
但是，布萊克特作為一個實驗派物理學家總是強迫奧本海默做他一些不擅長的實驗工作，這導致他們之間的關係越來越糟，使奧本海默心理上的壓力更加不堪重負。
他的孤獨感，思鄉病，以及對自己弱點的察覺和自責，這些因素交織在一起，使他陷入絕望的境地。在當年聖誕節時，他的朋友們幾乎認為他可能要自殺了。
他自己也敘述過這一情況，他記得非常清楚，當時如何在假日到布列塔尼海邊漫步，行走在冬季荒涼的海岸上，“真想跳進海裏結束自己的生命”。
他在給哈佛時期的同學弗朗西斯·弗格森的信上抱怨道：“這裏的日子很糟，實驗工作十分無聊，我對那也不在行。我覺得自己根本沒有學到什麼！”
他自己曾經描述過當時的窘態：他站在黑板麵前，手上拿著粉筆，一小時又一小時地苦思冥想，等待靈感的出現。
直到他自己從幻夢中驚醒時，才發現一整天已在這種沉思中悄悄地過去了。
另外有幾次，他任憑時間一分鍾一分鍾地過去，自言自語地對著黑板說： “這問題的關鍵是……關鍵是……關鍵是……”
他在學業上從未失敗過，但這些既煩瑣又深奧的研究，讓他充滿著憂慮及恐懼。他在寫給他的老師赫伯·史密斯的信上，甚至也提到“他想自殺”。
不甘落於人後的奧本海默下決心加倍用功，往往在實驗室裏忙了一整天下來還挑燈夜讀，但效果並不十分明顯。用他自己的說法是“做了很多沒有意義的事”。
一個朋友說他那時“從事大量的工作、閱讀和討論，但顯然懷有巨大的不安和驚恐”。
1926年初，丹麥物理學家尼爾斯·玻爾來劍橋探望老師盧瑟福，同時與奧本海默進行了交談。
玻爾於1913年在普朗克“量子假說”和盧瑟福原子行星模型的基礎上，提出了氫原子結構和氫光譜的初步理論。
稍後又提出了“對應原理”。對“量子論”和“量子力學”的建立起到了重要作用。在原子核反映理論和解釋重核裂變現象等方麵，也有重要貢獻。
他在1922年獲得了諾貝爾物理學獎。
玻爾在理論物理方麵的成就，像是給奧本海默打了一針強心劑，讓他看到了一絲曙光。
在這同時，他也開始主動去看心理醫生，來解決他在情緒上的困擾。經醫生診斷，他患有“早發性癡呆”，也就是現在所說的“精神分裂”，誘因可能是長期的緊張學習或身體健康方麵的原因。
奧本海默的情況並不樂觀，因為在那個時代，精神分裂是無藥可救的疾病。
奧本海默的父母一聽到這消息，立刻趕到英格蘭。在複活節這段假期，在醫生的建議下，他們說服兒子與3位劍橋的同學一起前往地中海科西嘉島度假。
1926年3月的這次度假，對奧本海默來說有了非同尋常的效果，似乎一下把他從痛苦的深淵裏解救了出來。10多天後從科西嘉島回到劍橋的奧本海默仿佛一下子長大了，成熟了許多。“我覺得自己變得更寬容更平和了……”
這次科西嘉島之行到底發生了什麼？奧本海默和他的朋友們一直守口如瓶，奧本海默隻是說，是愛，是愛改變了他。
據說在科西嘉島上，奧本海默遇到一位年輕女子，這段戀情對他十分重要且神聖，他在日後從未再提及，隻是說：“這不隻是段戀情而已，這是真愛！”
但無論發生了什麼，奧本海默最終從彷徨中走了出來。
他回到劍橋後，同玻爾的又一次長談使他找到了努力的方向。隨後的學習和研究也取得了一些進展。此時，又有一件事使奧本海默的人生出現了重大轉機。
春天再晚些時候，劍橋大學組織來自美國的物理係學生去萊頓大學進行為期一周的參觀訪問。奧本海默也一同前往，在那裏他結識了幾個德國物理學家。其中包括馬克斯·波恩，德國哥廷根大學物理研究所的主任。
“那簡直是太美好了，”他回憶道，“我感到冬天的時候遇到的困難可能被英國的風俗給嚴重化了。”
波恩對奧本海默很感興趣，可能是因為他對幾篇最近發表的物理學論文提出質疑的緣故。“他跟我很像，”波恩說，“從一開始，他就是一個很有天賦的人。”
過了一段時間，波恩向奧本海默發出了邀請，讓他到哥廷根大學繼續學習深造。奧本海默同意了。年輕的奧本海默在劍橋的努力就此終結了。
在劍橋，他至少真正地了解了物理學上一些全新的觀念，這些觀念在美國都隻是剛引入而已。
研究理論物理
1926年夏末，奧本海默乘火車來到德國的哥廷根，這是物理學重鎮。這時的奧本海默與一年前相比精神更好，也成熟了很多。
當時哥廷根大學和劍橋一樣也是歐洲主要物理研究中心之一。但劍橋有實驗工作的傳統，而哥廷根則主要是理論研究中心。
奧本海默回憶道：
當我決定到哥廷根去時，我對自己的各方麵都感到擔心。但我心裏明白，如果有可能的話，我最好從事理論物理工作……我對於能擺脫實驗室工作感到非常高興。
我在實驗室裏從來就做不好工作；別人對我不滿意，我自己也不感興趣；我感到這些事隻是別人強迫我去做的。