李镇源回到台湾以后，由于他的启蒙恩师杜聪明辞职离开台大，李因此开始真正全权担负起台大药理学研究室的领导工作。越战期间，由于美军在越南沼泽森林中经常会碰到毒蛇，美国陆军研究发展部便特别委託李镇源，专门针对沟牙科蛇毒进行研究。1963年，李镇源和化学背景的张传烱合作，首度分离出雨伞节蛇毒中致死的两种神经毒素，而揭开了过去医界无法理解的蛇毒神经毒素的作用机制，使神经生物学获得重大突破。他们的发现可谓由过去的「未知其然」，跃进到「知其所以然」，因此，该研究成果引起了全世界药理学界的震撼。李镇源历年来发表的论文达