毕业后的两年中，密立根教职小学物理。在教职期间，密立根发现物理学才是他所感兴趣且擅长的。在1893年，他被任命为哥伦比亚大学物理研究员。密立根在1895年获得博士学位，有关发射光的偏振借由白炽灯表面使用的研究，其目的是美国造币厂融化黄金和白银。在米海洛·卜平教授的鼓励下，从1895年至1896年，密立根花了在一年时间于德国柏林哥廷根大学学习。1896年，阿尔伯特·迈克耳孙邀请密立根回到新成立的芝加哥大学的实验室担任助理。1910年成为芝加哥大学教授，并担任到1921年。在芝加哥的前几年中，密立根花了很多