在读博士，被南部阳一郎聘为助手，从事强相互作用和奇异粒子（当时称之为）的理论研究。在研究奇异粒子衰变时，与中野董夫独立于默里·盖尔曼提出了一个关于奇异粒子量子数的公式，现在称之为盖尔曼-西岛关系，其中，"Q" 为电荷，"I" 为同位旋分量，"B" 为重子数，"S" 为奇异数。这一关系为盖尔曼和乔治·茨威格在1964年分别独立提出夸克模型起到至关重要的作用。1954年任大坂市立大学讲师，1959年升任副教授。在市大，西岛与南部阳一郎、中野董夫、早川幸男、山口嘉夫等人形成了一个理论物理学学派，其中南部教授