作访问研究，在明尼苏达大学原子核子物理研究室和柏克莱加州大学辐射研究所分别任名誉研究员和客座研究员。1954年后在美期间，在原子核研究方面取得卓着成果。1954年在台湾成立中国自然科学促进会，并当选为理事长。1956年，由美返台后，此时正值教育部长张其昀亲自主持国立清华大学在台复校，戴运轨协助梅贻琦具体复校，并以办清华原子科学研究所为先，负责筹画购置仪器设备、招收研究生，草拟两年内研究生的必修与选修课，落实教学场所，协助梅贻琦延揽师资、充实设备，并兼任教授三年。第一年借用台湾大学物理馆，第二年迁至新竹。