推荐木村到新建立的位于三岛市的日本国立遗传学研究所工作。1953年夏天，木村取得富布赖奖学金去美国留学，他先到艾奥瓦州立学院（也就是后来发展为艾奥瓦大学），之后在克罗（James F. Crow）的支持下转到威斯康星大学学习群体遗传学。此时，刚从芝加哥大学退休的也来到威斯康星大学工作。木村很受赖特欣赏，并被邀请每周讨论群体遗传学的问题。在赖特的指导下，木村在群体遗传学上进步很快。1956年6月，木村在威斯康星大学取得博士学位，旋即回到国立遗传学研究所继续他的群体遗传学研究。1954－1956年期间是木村