Dyson 1947-ben az Egyesült Államokba költözött, hogy a Commonwealth Fellow-ként fizika doktori fokozatot szerezzen Hans Bethe-vel a Cornell Egyetemen (1947-48). Ott megismerte Richard Feynmant. A virágzó angol fizikus felismerte a ragyogó amerikai ragyogását, és minél gyorsabban csatlakozott hozzá. Ezután az Institute for Advanced Study-ba költözött (1948-49), mielőtt visszatérne Angliába (1949-51), ahol a Birminghami Egyetemen kutató volt. 1949-ben Dyson bebizonyította a kvantumelektrodinamika (QED) két megfogalmazásának egyenértékét: Richard Feynman diagramja és Julian Schwinger és Shinir Ward által kifejlesztett operátor.
Orion projekt