1947年9月，陈能宽启程赴美。
当时，美国的科罗拉多大学、华盛顿大学、耶鲁大学都录取了他。
通过考虑，他选择了在中国较有影响的耶鲁大学，在那儿攻读物理冶金工程。仅用了1年时间，陈能宽就取得了硕士学位。
陈能宽研究的课题是金属单晶体的结构和力学行为。他的博士论文指导教师是哥廷根学派的大师麦休孙，这位欧洲大陆派学者，在物理冶金实验方面有许多贡献。当时已是一位名声显赫的学者，陈能宽是他的得意弟子，也是他的最后一名博士生。
从麦休孙那里，陈能宽学到了许多东西，学术研究能力得以迅速提高。
麦休孙也非常欣赏他这位东方门生，并给予他很高的评价。
1950年毕业后，陈能宽之所以能在3年之内接受了约翰・霍普金斯大学的聘书，在那里进行金属物理和物理冶金的基础研究，与他的努力和勤奋分不开。
1954年，他又在葛庭燧先生的推荐下，来到匹兹堡的西屋电气公司任研究员，直到1955年回国。
留在美国工作5年，使陈能宽在学术上很快成熟起来，从一位博士成长为一位年轻的科学家。
陈能宽之所以能在3年之内连续取得硕士和博士学位，固然是由于他的勤奋和天智，同时，也与他急于学成回国报效祖国有关。
解放初期的新中国发生了翻天覆地的变化，极大地鼓舞着众多的海外学子。
正当他学成准备回国时，美国发动了侵朝战争，危及中国的安全，中国被迫进行抗美援朝战争。
直到1955年秋，中美两国在日内瓦达成“交换平民及留学生”的协议，他才真正看到了回国的希望。
他望着妻子怀中的小儿子发愁。
妻子很理解丈夫的心情，说：
我们等了这么久，才等到今天的机会，孩子小不要紧，当年出国时丢下一个8个月的女儿，今天回去，小儿子也正好8个月，多么有意思。
这一年的冬天，他携全家踏上了归途。
当32岁的陈能宽兴冲冲地骑着从海外带回来的自行车，到中国科学院应用物理研究所上班后，立即感到了“给自己做事的幸福”。
1960年夏季的一天，37岁的陈能宽告别他心爱的金属物理学研究，奉调来到了二机部，负责爆轰物理试验工作。
多年的科学积累和刻苦钻研，使他很快进入了爆轰物理的前沿，“摸着石头过河，一步一个脚印”，并全面开拓了中国的爆轰物理专业。
长城脚下，烽火台边，风沙呼啸，人烟稀少。陈能宽率领一支平均年龄只有20多岁的攻关队伍，在此日夜奋战。
他们在一些废弃的旧提桶中，像当年居里夫人搅拌含镭沥青一样，一次次地改变配方，一次次地试爆，简直乏味极了。
一无实物，二无资料，又全都是“改行”的，对着科普读物和新闻报道中透露的漫画式插图，却要攻克被誉为尖端科技的原子弹爆轰物理关，谈何容易！
