Después de trabajar como profesor de química en el University College en el norte de Gales durante cinco años, Dostrovsky regresó a Israel, uniéndose al Instituto de Ciencias Weizmann en Rehovot en 1948, poco antes de la dedicación del Instituto. Los cinco departamentos científicos del Instituto debían ser dirigidos por científicos de clase mundial de varios países, pero justo entonces la Guerra de la Independencia
Y sólo dos de los líderes científicos designados se atrevieron a mudarse a Israel. Dostrovsky, entonces de solo 30 años, ocupó uno de los tres puestos de liderazgo vacantes: fue nombrado Jefe del Departamento de Investigación de Isótopos, un cargo que ocupó durante 17 años.