斯坦利之邀进入加州大学伯克利分校，在新成立的病毒系担任教授一职。
研究成果.罗布利·威廉姆斯与海因茨·弗兰克尔-卡纳特一起发现将分离纯化的烟草花叶病毒RNA和衣壳蛋白混合在一起后，可以重新组装成具有感染性的病毒。同年被选入美国国家科学院。威廉姆斯是最早使用电子显微镜的科学家之一，他与拉斐尔·沃尔特·格雷斯通·威科夫一起发明了利用“金属屏蔽”来造成显微镜下的立体细菌图像的技术。他在生物物理学的一些领域也作出了贡献，例如冰冻蚀刻等。