1965年至1968年，郑伯昆在美国密西根大学就读博士学位，并在阿冈国家实验室担任研究助理，以一年的时间完成了他的博士论文。尔后，郑伯昆返回台大物理系任教，并历任副教授、教授等职。在这段期间，他指导该系大学部学生的近代物理学实验课程，朱有花也在接受《牛顿》访问时表示大学期间受到郑伯昆很大的影响。郑伯昆也收藏了许多当年近代物理学实验课程的报告。他也在1969年接替方声恆主持了该系的固态物理实验室，进行有关梅思堡效应、金属内正子的生命期、硷卤盐类正电子消灭辐射的角相依、铋单晶的霍尔效应、四氧化三铁金属非金属