Oppenheimer megkapta az Egyesült Államok Nemzeti Kutatási Tanácsának ösztöndíját a Kaliforniai Műszaki Intézetben (Caltech) 1927. szeptemberében. Bridgman szintén azt akarta, hogy a Harvardon dolgozzon, így kompromisszumot kötöttek, amellyel megosztotta a ösztöndíját az 1927/28-as tanévre a Harvard és a Caltech között 1928. A Caltech-ben szoros barátságba került Linus Paulinggel, és tervezték, hogy közös támadást indítsanak a kémiai kötés természetére, egy olyan területen, ahol Pauling úttörő volt, Oppenheimer ellátta a matematikát, és Paul értelmezte az eredményeket. Mind az együttműködés, mind a barátságuk megmaradt, amikor Oppenheimer gyanakodott arra, hogy túl közel kerül a feleségéhez, Helen Paul-hoz.
A Kaliforniai Műszaki Intézet