1950年8月，邓稼先在美国获得博士学位9天后，拒绝了导师和同校好友的挽留，毅然决定回国。同年10月，邓稼先来到中国科学院近代物理研究所任研究员。在北京外事部门的招待会上，有人问他带回了什么。他说:“我给我爸带了几双在我眼皮底下中国都产不出来的尼龙袜，还带了一脑袋关于原子核的知识。”
在随后的八年里，他进行了中国核理论的研究。1953年，他与许鹿希结婚。许鹿希是“五四”重要学生领袖、后来的全国人大常委会副委员长许德珩的长女。1954年，邓稼先加入中国共产党。
