提前半年学完了大学课程，在叔父的资助下赴美考入密歇根大学研究院生物系，专攻动物学。开始时郑作新的生活与学习费用主要靠半工半读维持，一年后在该校任助教才基本解决经济问题。在研究院期间，他的专业是动物发育学（当时叫胚胎学），属于当时的尖端学科。1927年获得硕士学位后，继续攻读博士学位，研究林蛙生殖细胞的发育过程，他的博士论文被发表在当时高水平的德国学术刊物上。1930年郑作新获科学博士学位，毕业时生物系授予他SigmaXi金钥匙奖，时年23岁。毕业后郑作新谢绝了美国研究所的聘用，回到福建协和大学，被聘为动