博士后研究员后，帕特森和布朗于1952年前往加州理工学院地质与行星科学系任教，并且是该系地球化学组的创始师资。帕特森之后直到退休都任职于加州理工学院，并且和其妻育有4名子女。
地球年龄的测定.布朗在芝加哥大学期间开发出一套计算火成岩中铅同位素含量的新方式，并且让帕特森在1948年时以此作为他的博士论文主题。这段期间帕特森在陨石是太阳系形成后未能形成体积较大天体而被遗留在太空中的物质这项假设下进行研究，这暗示量测出陨石的年龄就可知道地球大约的年龄。帕特森用了数年时间收集陨石样本，并于