Eftir að hafa starfað sem kennari í efnafræði við háskólann í Norður-Wales í fimm ár, sneri Dostrovsky aftur til Ísraels og hóf störf við vísindastofnun Weizmann í Rehovot árið 1948, skömmu fyrir vígslu stofnunarinnar. Fimm vísindadeildir stofnunarinnar áttu að vera undir forystu vísindamanna í heimsklassa frá ýmsum löndum, en þá var sjálfstæðisstríðið
Brotnaði og aðeins tveir af ráðnum vísindalegum leiðtogum þorðu að flytja til Ísrael. Dostrovsky, sem var þá aðeins 30 ára, fyllti eitt af þremur lausum leiðtogaembættum: hann var ráðinn yfirmaður rannsóknardeildar ísótóp, stöðu sem hann gegndi í 17 ár.