Taylor的建议下，戴森于1947年来到美国康乃尔大学，跟随汉斯·贝特教授，他在那里认识了费曼。这位崭露头角的英国物理学家认识到了美国人的才华，并与他合作。1949年，戴森证明了量子电动力学两种公式的等价性：他证明了朱利安·施温格和朝永振一郎发展的变分法方法和费曼的路径积分表述。他是继费曼图的创造者之后的第一个欣赏费曼图的人。戴森说服奥本海默，说费曼的新理论与史温格和托莫纳加的理论一样有效。1957年到1961年，戴森参与了猎户座计划。戴森为量子电动力学的建立做出了决定性的贡献。1964年，戴森