8年入哈佛大学研究院，后转入耶鲁大学和普林斯顿大学。1921年获得普林斯顿大学硕士学位。1922年获美国普林斯顿大学哲学博士学位，博士论文是研究低压电弧的电子发射速率的实验成果（导师为卡尔·泰勒·康普顿，阿瑟·康普顿之兄）。同年返国，应南开大学校长张伯苓的聘请，来到南开大学任教授，创立物理系并任主任。学生中有吴大猷、吴大任、郭永怀、马仕俊、江泽涵、申又振、陈省身、郑华炽等。吴大猷曾在回忆饶毓泰时说：“在大学四年中随饶师所习之物理学课程有大学物理、电磁学、近代物理、高等力学、光学、气体运动论、高等电磁学等