這幾年，奧本海默寫了許多重要的，甚至是具有開創意義的論文，涉及宇宙射線、伽馬射線、電動力學以及關於正負電子等諸多方麵。
他和他的第一個博士生，一個來自印第安納州的農家女孩菲利浦，關於質子爆炸當量的測量成果成為舉世聞名的“奧本海默—菲利浦程序”。
“他是一個極具創意的人，”菲利浦回憶道，“他沒有偉大的物理學成就，但是他和他的學生們關於物理學的奇思妙想卻造福了人類。”
奧本海默順理成章地成為學校裏理論物理學的帶頭人。幾乎所有人都知道，如果你想進入理論物理學這個領域，伯克利是最好的地方。
進了伯克利之後，奧本海默驚訝地發現他並不是物理係上唯一一位有雄心大誌的人，另一位新到任的教師，厄尼·勞倫斯，已經開始著手籌建一部巨大、精密的回旋加速器，來分解原子核。
1930年9月，《紐約時報》以“高速氫離子擊破原子”為題報道了勞倫斯第一座劃時代的原子擊破機器成功的新聞。
這種機器名為“回旋加速器”，它的工作原理是：使荷電的原子核在磁場內不斷地回旋並被加速，高速離子最後打到一個原子靶上，這樣的轟擊所產生的原子核碎片，可以提供有關原子內部結構的線索。
通過這些，科學家可以觀察原子核的構造，並將分離出的粒子加以分類。因此，“回旋加速器”是項有效的實驗新工具，可以用來證實原子結構相關的理論。
在性格上勞倫斯和奧本海默幾乎是完全不同的人，甚至有些方麵完全相反。勞倫斯出身於南達克塔州的小鎮，是位中西部的清教徒，而奧本海默則是猶太裔紐約人。
在研究上，勞倫斯喜歡使用科學儀器，而奧本海默則總認為理論重於實驗。在政治上，勞倫斯屬保守派，而奧本海默則在不久之後熱衷於政治活動，並且奉行左派的許多政治理念。盡管有這些差異，但兩人仍相處融洽，且互補長短，成為科學道路上的摯友。
由於奧本海默一向以不易相處出名，他們兩人的友誼更顯突出。這兩個有點孩子氣的物理學家很快就成了好朋友，他們白天一起聊天，晚上一起參加社交活動。在周末，有時還會一起去騎馬。
兩人在工作和研究上也相互支持：勞倫斯為理論物理學家們提供了進行理論工作所需的實驗數據，而以奧本海默為首的理論家們又反過來對勞倫斯的實驗工作方向提出建議。
每周一的晚上，他和勞倫斯都會開物理學的討論會，來自伯克利和斯坦福的研究生都有資格參加。
他們把討論會戲稱為“周一晚的雜誌俱樂部”，因為他們討論的焦點集中在《自然》雜誌或《物理評論》中新近發表的文章上。
他們之間的這種密切配合取得了豐碩的成果，在20世紀30年代中期取得了許多極其重要的科學成就。
奧本海默的夢想也逐步變為現實，伯克利開始真正成為美國理論物理學的中心。在他的指導下，有12名學生獲得了博士學位，後來都成為當代最優秀的理論物理學家。
像來自加州小鎮的貧窮的菲利浦·摩利森，患有小兒麻痹；“來自森林裏的野孩子”羅西·洛馬尼茲，14歲由奧克拉何馬州來到伯克利；伯納德·彼得斯，一位德國猶太人，由集中營逃出來，偷渡到美國，在紐約當港口工人，之後來加州念書。這些人都功成名就。
到20世紀30年代末，美國已經不再需要把有培養前途的大學畢業生送到歐洲物理學中心去深造了，他們可以到伯克利或加州工學院來完成研究生的學業。
哈佛大學曾向奧本海默提出，如果他能去東部工作就立即把他的工資提高兩倍，但是他不為所動。
1934年，在普林斯頓剛成立的高等研究院兩次邀請他離開伯克利，但是他堅決拒絕了，他說“在那種地方，我絕對毫無用處。”
他給弟弟寫信說：“我拒絕這些誘惑，隻專注於我現在的工作。在這裏我可以盡情地施展自己的才華，同時，美味的加利福尼亞葡萄酒能慰藉我在物理學上遇到的困難和自己人性的缺點。”
他認為自己根本不成熟，隻長大了一點點。他的理論著作相當豐富，部分原因是他一周隻有5個小時的課，這就使他有足夠的時間用於物理學和其他事情……