前往哥廷根求学
奥本海默来到剑桥大学后，被分配在电子的发现者、1906年诺贝尔物理学奖获得者杰·汤普森门下，参与其所领导的一项实验计划。
69岁的汤普森是卡文迪什实验室前任领导人，也是此处年纪最长的一位科学家。当奥本海默得知将在他门下学习的时候，感到非常兴奋，他信心十足地认为自己肯定能在这里干出一番事业。
现任领导人卢瑟福是位外形魁伟、个性外向的新西兰人，在个性及家庭背景上，可以说和奥本海默是截然不同。年轻时他就得帮家里管理羊群。他所就读的学校，都是根本无法提供新课程及科学实验器材的二流学校。
尽管如此，卢瑟福在1885年满怀雄心壮志地抵达英国剑桥大学。他的特长在实验上，凭借实验，他发现了许多原子方面的理论，来证明或反驳旧理论。
1925年，当奥本海默抵达英国时，一些著名欧洲的物理学家，如爱因斯坦、维尔纳·海森堡、尼尔斯·玻尔以及其他科学家所提出的理论，再加上卢瑟福这群实验派物理学家的发现，揭开了人类对原子知识探求的新纪元。
原子不再被视为固体，而是个被极度压缩的能量场，就像是充满电磁能的小飓风。相同的物质则是近乎空旷，偶尔点缀着原子这种能量场的空间。
原子本身不是整块、不可击破的物体，而是有能量充斥其间，整个能量互相关联，却又不时相离。科学家们将原子中各部分强迫分离，研究其结构及运动规律。
奥本海默能在1925年来到欧洲攻读物理是件十分幸运的事。但同时在剑桥研究物理也让他度过了一段沮丧的时光。
他在实验室的具体任务是制作用于研究电子穿透能力的极薄金箔。但是，令他懊恼的是，他发现自己根本做不好这件事。而且他觉得这件事简单重复，既枯燥又单调，似乎永远也搞不完。
唯一令他感兴趣的是汤普森和卢瑟福在实验室讨论量子理论。这强烈地吸引着奥本海默，他急切地想一下子接触到量子物理的最前沿。理想和现实的巨大反差让他终日躁动不安。
与此同时，他第一次接触到创造性的物理学本质问题，从而在理论学习方面也遇到了困难。他在哈佛主攻的是化学，缺乏物理学与相应的数学基础，因此心理上承受着巨大的压力。
另外，卡文迪什实验室从事的主要是实验物理，奥本海默也因此吃尽了苦头，因为他并不擅长做实验，在实验方面表现得非常差，以至于后来他几乎成了实验室里“多余的人”。
他发现自己的工作形同虚设，于是他开始花时间参加各种各样的研讨会，阅读大量的物理学杂志。他认为在实验室为数不多的好处之一是能经常遇到许多著名的物理学家。
“我见到了非常喜欢的布莱克特。”他跟朋友说。帕特里克·布莱克特是一位对社会主义政治了解颇深的英国绅士，在3年前就完成了在剑桥的物理学业，后来也获得过诺贝尔物理学奖。不久，布莱克特就成了奥本海默专业上的导师。
但是，布莱克特作为一个实验派物理学家总是强迫奥本海默做一些他不擅长的实验工作，这导致他们之间的关系越来越糟，使奥本海默心理上的压力更加不堪重负。
他的孤独感，思乡病，以及对自己弱点的察觉和自责，这些因素交织在一起，使他陷入绝望的境地。在当年圣诞节时，他的朋友们几乎认为他可能要自杀了。
他自己也叙述过这一情况，他记得非常清楚，当时如何在假日到布列塔尼海边漫步，行走在冬季荒凉的海岸上，“真想跳进海里结束自己的生命”。
他在给哈佛时期的同学弗朗西斯·弗格森的信上抱怨道：“这里的日子很糟，实验工作十分无聊，我对那也不在行。我觉得自己根本没有学到什么！”
他自己曾经描述过当时的窘态：他站在黑板面前，手上拿着粉笔，一小时又一小时地苦思冥想，等待灵感的出现。
直到他自己从幻梦中惊醒时，才发现一整天已在这种沉思中悄悄地过去了。
另外有几次，他任凭时间一分钟一分钟地过去，自言自语地对着黑板说：“这问题的关键是……关键是……关键是……”
他在学业上从未失败过，但这些既烦琐又深奥的研究，让他充满着忧虑及恐惧。他在写给他的老师赫伯·史密斯的信上，甚至也提到“他想自杀”。
不甘落于人后的奥本海默下决心加倍用功，往往在实验室里忙了一整天下来还挑灯夜读，但效果并不十分明显。用他自己的说法是“做了很多没有意义的事”。
一个朋友说他那时“从事大量的工作、阅读和讨论，但显然怀有巨大的不安和惊恐”。
1926年初，丹麦物理学家尼尔斯·玻尔来剑桥探望老师卢瑟福，同时与奥本海默进行了交谈。
玻尔于1913年在普朗克“量子假说”和卢瑟福原子行星模型的基础上，提出了氢原子结构和氢光谱的初步理论。
稍后又提出了“对应原理”。对“量子论”和“量子力学”的建立起到了重要作用。在原子核反应理论和解释重核裂变现象等方面，也有重要贡献。
他在1922年获得了诺贝尔物理学奖。
玻尔在理论物理方面的成就，像是给奥本海默打了一针强心剂，让他看到了一丝曙光。
在这同时，他也开始主动去看心理医生，来解决他在情绪上的困扰。经医生诊断，他患有“早发性痴呆”，也就是现在所说的“精神分裂”，诱因可能是长期的紧张学习或身体健康方面的原因。
奥本海默的情况并不乐观，因为在那个时代，精神分裂是无药可救的疾病。
奥本海默的父母一听到这消息，立刻赶到英格兰。在复活节这段假期，在医生的建议下，他们说服儿子与3位剑桥的同学一起前往地中海科西嘉岛度假。
1926年3月的这次度假，对奥本海默来说有了非同寻常的效果，似乎一下把他从痛苦的深渊里解救了出来。10多天后从科西嘉岛回到剑桥的奥本海默仿佛一下子长大了，成熟了许多。“我觉得自己变得更宽容更平和了……”
这次科西嘉岛之行到底发生了什么？奥本海默和他的朋友们一直守口如瓶，奥本海默只是说，是爱，是爱改变了他。
据说在科西嘉岛上，奥本海默遇到一位年轻女子，这段恋情对他十分重要且神圣，他在日后从未再提及，只是说：“这不只是段恋情而已，这是真爱！”
但无论发生了什么，奥本海默最终从彷徨中走了出来。
他回到剑桥后，同玻尔的又一次长谈使他找到了努力的方向。随后的学习和研究也取得了一些进展。此时，又有一件事使奥本海默的人生出现了重大转机。
春天再晚些时候，剑桥大学组织来自美国的物理系学生去莱顿大学进行为期一周的参观访问。奥本海默也一同前往，在那里他结识了几个德国物理学家。其中包括马克斯·波恩，德国哥廷根大学物理研究所的主任。
“那简直是太美好了，”他回忆道，“我感到冬天的时候遇到的困难可能被英国的风俗给严重化了。”
波恩对奥本海默很感兴趣，可能是因为他对几篇最近发表的物理学论文提出质疑的缘故。“他跟我很像，”波恩说，“从一开始，他就是一个很有天赋的人。”
过了一段时间，波恩向奥本海默发出了邀请，让他到哥廷根大学继续学习深造。奥本海默同意了。年轻的奥本海默在剑桥的努力就此终结了。
在剑桥，他至少真正地了解了物理学上一些全新的观念，这些观念在美国都只是刚引入而已。
