为他踏入学界的偶然原因，最终带来了意外的回报。下村于1951年获药学学士学位，并担任实验室助理直到1955年。1956年，下村的长崎导师安排他到名古屋大学的研究室担任助理。在平田研究室时期，他顺利取得有机化学硕士学位（1958年），并在离开日本到普林斯顿大学就职前取得了有机化学博士学位（1960年）。在名大，平田指定下村接下一个具有挑战性的任务，从一种甲壳亚门动物（学名"Vargula hilgendorfii"，日文的「」）的粉碎遗体中确定它遇水发光的原因。这项任务使下村亲自识别造成该现象的蛋白质，并