Dyson kolis 1947. aastal Ameerika Ühendriikidesse Commonwealth Fellow'ina, et saada füüsika doktorikraadi koos Hans Bethe'iga Cornell'i ülikoolis (1947-1948). Seal tutvus ta Richard Feynmaniga. Inglise füüsik tunnistas ägedat ameeriklast ja liitus nii kiiresti kui võimalik. Seejärel kolis ta Institute for Advanced Study'isse (1948-1949), enne kui ta naasis Inglismaale (1949-1951), kus ta oli teadur Birminghami ülikoolis. Aastal 1949 näitas Dyson välja kahe kvantelektrodünaamika (QED) vormingute (Richard Feynmani diagramm ja Julian Schwinger'i ja Shinir Ward'i poolt välja töötatud operatsiooni meetod) samaväärsust. Ta oli esimene isik pärast nende loojat, kes võttis füüsika doktorikraadi, mis oli välja töötanud Cornell'i ja Feynmaniga seotud füüsika doktorikraadi, kus ta töötas 1951. aastal.
Projekti Orion