1950年8月，26岁的邓稼先在美国获得博士学位后第九天，便谢绝恩师和同校好友的挽留，毅然决定回国。
8月29日，邓稼先登上威尔逊总统号轮船返国。9月，他在中国科学院近代物理研究所任助理研究员，从事原子核理论研究工作。
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，有人问他带了什么回来，邓稼先说：
带了几双眼下中国还不能生产的尼龙袜子送给父亲，还带了一脑袋关于原子核的知识。
邓稼先的话，感动了在场的很多人。
邓稼先1924年6月25日生于安徽怀宁白麟坂的铁砚山房。
这所大院之所以叫铁砚山房，是因为最早建设这所宅第的是邓稼先的六世祖邓石如，自号完白山人，是清代篆刻、书法第一大家；因友人赠他四方铁砚，遂以此为自己的书斋之名。
邓稼先的祖父叫邓艺孙，1912年曾任过安徽教育司长，在安徽学界是颇有名气的人物。
邓稼先的父亲叫邓以蛰，1892年生。少年时代，在老家受邓艺孙先生的严格家教，苦读诗文，工画山水。1907年东渡日本，入弘文学院及早稻田大学，以后又赴美国哥伦比亚大学攻读哲学，从大学到研究院共学习5年。他从美国归来后被聘为北京大学哲学系教授。他在《晨报》上发表了许多文章，对一些问题有自己独到的见解。
邓稼先的母亲叫王淑蠲，是一位温顺善良的妇女。邓稼先8个月就被抱到了北京，父亲早已学成归国任清华大学教授了。
1935年，邓稼先考入志成中学念了一年书，初二时转到崇德中学。崇德中学是一所教会学校，注重英文，邓稼先的英文从此是百尺竿头更进一步。
在数学、物理方面，他得到了高年级的扬振宁的帮助，引起了他对理科，特别是数学的兴趣。父亲专请师大附中的李老师到家里来给他补课，给他一个在数学上起跳的机会。他也对数学着了谜，每天晚上做题到深夜。
接着，邓稼先开始读鲁迅的书，读更多的外国小说。他常常对弟弟邓槜先说：“屠格涅夫的《罗婷》里有一句话说‘不要做言语的巨人，行动的矮子’，这句话说得真好。”他的思想开始走向成熟。
1937年，震惊中外的“七七”事变爆发了。
7月29日，北平沦陷。这以后，邓稼先除读书之外，开始和一些同学聚会，谈论国家的命运和前途。
“七七”事变后，16岁的邓稼先在父亲安排下随大姐去了大后方，在四川江津读完高中，并于1941年考入西南联合大学物理系，受业于王竹溪、郑华炽等著名教授。
抗日战争胜利时，邓稼先拿到了毕业证书，在昆明参加了中国共产党的外围组织“民青”，投身于争取民主、反对国民党独裁统治的斗争。第二年，他回到北平，受聘担任了北京大学物理系助教，并在学生运动中担任了北京大学教职工联合会主席。
这个时期，邓稼先读了毛泽东的《新民主义论》等许多著作，从中受到深刻的启发和教育，他坚信中国共产党领导的人民解放事业定会成功，一个崭新的中国必将诞生。
1947年，邓稼先顺利通过了赴美研究生考试。当年秋天的一个晚上，邓稼先无意中碰到了北大物理系二年级的于敏，两人并不相识，却聊得很投机，无所不谈，一直聊到深夜。他们没有想到，20年后，他们俩合作提出了“邓—于方案”，为中国氢弹的研制成功在理论设计上作出杰出的贡献。
1948年秋，邓稼先受杨武之教授之托，与杨振宁的弟弟杨振平结伴乘船，飘洋过海到美国去。
临行前，一位对他思想帮助很大的袁永厚要他留在北平迎接解放，但是他明确地回答说：
将来祖国建设需要人才，我学成一定回来。
1948年10月，邓稼先进入美国印第安那州的普渡大学研究生院，读物理系。学校位于芝加哥南边约100英里的小城拉菲亚得，这里的风景有些荒凉，但是，邓稼先后来却暗暗庆幸这个荒漠般的环境，因为这里是下苦功攻坚的读书胜地。
邓稼先的导师荷兰人德尔哈尔是搞核物理研究的，邓稼先的博士论文题目是《氘核的光致蜕变》，在当时是一个很时髦的题目，属于理论核物理范围。
邓稼先到美国后的第一个强烈感觉是美国的科学技术水平与当时中国的科技水平之间有着难以想象的差距，这个事实再一次刺伤了他的民族自尊心，他下死功夫读书，增添了玩命似的勤奋。
邓稼先曾和我国著名的低温物理学家洪朝生共租一间房子，他生活很拮据，只能吃几片面包，一点香肠这样最简单的伙食。
邓稼先在普渡大学经常给早去的学生讲国内情况，他是中国共产党的外围组织留美中国科学工作者协会普渡大学分会的干事之一。
邓稼先刚到普渡时是一名自费生，过了一段时间，他各门功课的考试都已达到了85分以上，获得了奖学金，在吃饭问题上不用发愁了。
邓稼先在很多课程上吃西南联大的老本，把挤出来的时间用到钻研物理学发展前沿的新成果方面，这种在关键时从大处着墨的眼光和气魄，是他能在许多方面取得重大成绩的一种最重要的品格。
1950年8月20日，邓稼先获得了博士学位。
1950年8月29日，邓稼先就上船归国了。
邓稼先回到北京以后，见到了父母、大姐和三姐，小弟邓槜先已参加了南下工作团，到湖北从事解放区的开辟工作，没有见到。
不久，邓稼先被安排到中国科学院近代物理研究所工作。研究所设在东皇城根，1953年搬到中关村。从1950年10月到中科院，他大约在这里工作了8年。
在这8年间，邓稼先进行中国原子核理论的研究，被誉为中国原子弹和氢弹之父。
