Dyson muutti Yhdysvaltoihin vuonna 1947 Commonwealth Fellowina ansaitsemaan fysiikan tohtorin tutkinto Hans Bethen kanssa Cornellin yliopistossa (1947-1948). Siellä hän tutustui Richard Feynmaniin. Kehittyvä englantilainen fyysikko tunnusti älykkään amerikkalaisen loistavuuden ja kiinnitti itsensä mahdollisimman nopeasti. Hän siirtyi sitten Institute for Advanced Study -instituuttiin (1948-1949), ennen kuin palasi Englantiin (1949-1951), jossa hän oli tutkija Birminghamin yliopistossa. Vuonna 1949 Dyson osoitti kahden kvanttielektrodynamiikan (QED) kaavan vastaavuuden: Richard Feynmanin kaavion ja Julian Schwingerin ja Shinir Wardin kehittämän menetelmän.
Orion-projekti