גולד התפטר מהמצפה המלכותי בעקבות פרישתו של ספנסר ג'ונס ועבר לארצות הברית בשנת 1956, שם שימש כפרופסור לאסטרונומיה (1957–1958) ופרופסור לאסטרונומיה שימושית (1958–1959) באוניברסיטת הרווארד. בתחילת 1959 הוא קיבל מינוי באוניברסיטת קורנל, שהציעה לו את האפשרות להקים יחידה בינתחומית לרדיופיזיקה וחקר החלל, ולנהל את המחלקה לאסטרונומיה. באותה עת היה רק חבר סגל אחד נוסף במחלקה. גולד שימש כמנהל המרכז לרדיופיזיקה וחקר החלל עד 1981, והציב את קורנל כמרכז מוביל של מחקר מדעי. במהלך כהונתו, העסיק גולד אסטרונומים מפורסמים כמו קרל סייגן ופרנק דרייק, סייע בהקמת הרדיו-טלסקופ הגדול בעולם במצפה הכוכבים ארסיבו בפוארטו ריקו (שקרס בשנת 2020), ובהקמת מרכז האסטרונומיה של אוניברסיטת קורנל-סידני יחד עם הארי מסל (Harry Messel). בנוסף, שימש גולד כעוזר סגן נשיא למחקר בין השנים 1969–1971 וכפרופסור לאסטרונומיה משנת 1971 עד לפרישתו בשנת 1986.
בשנת 1959 הרחיב גולד את תחזיתו הקודמת על גל הלם ללא התנגשות וטען כי התפרצויות שמש יפלטו חומר לעננים מגנטיים וייצרו חזית הלם שתביא לסופות גאומגנטיות. הוא טבע גם את המונח "מגנטוספירה" במאמרו "תנועות במגנטוספירה של כדור הארץ" לתיאור "האזור שמעל ליונוספירה בו השדה המגנטי של כדור הארץ הוא בעל שליטה דומיננטית על תנועות הגז וחלקיקים טעונים מהירים. .. [שהיה] ידוע כי הוא משתרע למרחק בסדר גודל של 10 רדיוסים של כדור הארץ". בשנת 1960, גולד שיתף פעולה שוב עם פרד הויל כדי להראות כי אנרגיה מגנטית מניעה התפרצויות סולאריות וכי ההתפרצויות מופעלות כאשר לולאות מגנטיות מנוגדות מקיימות אינטראקציה ומשחררות את האנרגיה המאוחסנת שלהן.
בשנת 1968, גילו ג'וסלין בל ברנל, סטודנטית לתואר שלישי ברדיו-אסטרונומיה בקיימברידג' ואנתוני הייוויש, מנחה הדוקטורט שלה, מקור רדיו פועם בתדירות של 1.33 שניות. המקור - שכונה "פולסר" - פלט קרני קרינה אלקטרומגנטית במרווח קצר ועקבי מאוד. גולד העלה השערה שהאובייקטים הללו הם כוכבי נייטרונים המסתובבים במהירות גבוהה. גולד טען כי בשל השדות המגנטיים החזקים ומהירות הסיבוב הגבוהה שלהם, פולסרים פולטים קרינה הדומה לפנס מסתובב של מגדלור. ההשערה של גולד לא התקבלה בתחילה על ידי הקהילה המדעית; למעשה, הוא סירב להרשות להציג את התיאוריה שלו בכנס הבינלאומי הראשון בנושא פולסרים. עם זאת, התאוריה של גולד התקבלה באופן נרחב בעקבות גילוי פולסר בערפילית הסרטן באמצעות הרדיו-טלסקופ ארסיבו, והיא פתחה את הדלת להתקדמות עתידית בפיזיקה של מצב מוצק ובאסטרונומיה. אנתוני טאקר מ"הגרדיאן" העיר כי תגליתו של גולד סללה את הדרך למחקר פורץ הדרך של סטיבן הוקינג בנושא חורים שחורים.
הקשר עם נאס"א.
ממשנות החמישים שימש גולד כיועץ לנאס"א ומילא תפקידים בכמה ועדות חלל לאומיות, כולל הוועדה המייעצת למדע של הנשיא (President's Science Advisory Committee), כאשר ארצות הברית ניסתה לפתח את תוכנית החלל שלה. באותה תקופה התנהל ויכוח סוער בין המדענים על התכונות הפיזיקליות של פני הירח. בשנת 1955 חזה גולד כי הירח מכוסה בשכבת אבקת סלע דקה הנובעת מ"ההפצצה הבלתי פוסקת על פניו משפוכת של מערכת השמש". זה הוביל לכך שהתייחסו לאבק בבדיחות הדעת כ"האבק של גולד" (משחק מילים באנגלית שמשמעו גם "אבקת זהב"). בתחילה שיער גולד כי אסטרונאוטים ישקעו באבק, אך לאחר ניתוח מאוחר יותר של מכתשי פגיעה ושדות אלקטרוסטטיים, הוא קבע כי מגפי האסטרונאוטים ישקעו רק שלושה סנטימטרים בפני הירח. בכל מקרה, נאס"א שלחה במסגרת תוכנית סרוויור גשושיות לניתוח התנאים על פני הירח. גולד ספג לעג מעמיתיו המדענים, לא רק בגלל ההשערה שלו, אלא בגלל הגישה בה נקט בהעברת החששות של נאס"א לציבור האמריקני; בפרט, כמה מומחים כעסו על השימוש שלו במונח "אבק ירח" בהתייחס לרגולית של הירח. כאשר צוות אפולו 11 נחת על הירח בשנת 1969 ושב עם הדגימות הראשונות של סלעי הירח, גילו החוקרים כי אדמת הירח היא למעשה אבקתית. גולד אמר כי הממצאים עולים בקנה אחד עם ההשערה שלו, וציין כי "באזור אחד תוך כדי הליכה הם שקעו בין חמישה לשמונה אינצ'ים". עם זאת, גולד קיבל מעט אשראי על התחזית הנכונה שלו, ואף ספג ביקורת על התחזית המקורית שלו לשכבה עמוקה של אבק ירח. גולד תרם גם לתוכנית אפולו על ידי תכנון "מצלמת הצילום מקרוב של פני הירח של אפולו" (בראשי תיבות ALSCC, מעין מצלמת סטריאו) ששימשה במשימות אפולו 11, 12 ו-14.
בשנות השבעים וההשמונים היה גולד מבקר קולני של תוכנית מעבורת החלל של נאס"א, ולגלג על הטענה של הסוכנות שהיא תוכל להטיס 50 משימות בשנה או שעלויות התוכנית נמוכות. פקידי נאס"א הזהירו את גולד כי אם יעיד על חששותיו בפני הקונגרס, הוא יאבד את המימון של נאס"א להצעות המחקר שלו. גולד התעלם מהאזהרה והעיד בפני ועדת קונגרס בראשות הסנטור וולטר מונדייל. במכתב למנהל נאס"א ג'יימס פלטשר כתב סגנו ג'ורג' לואו כי "גולד צריך להבין כי מימון על ידי הממשלה ונאס"א הוא זכות, וכי אין היגיון רב במימונו כל עוד דעותיו הן מה שהן כעת". גולד נזכר בתוצאות עדותו בראיון עם היסטוריון האסטרונומיה דייוויד ה. דבורקין ב-1983:
מוצא הנפט.
גולד התעניין לראשונה במוצא הנפט בשנות החמישים, ופיתח על היווצרות דלקים מאובנים ממקור אנאורגני. גולד עסק בדיון מעמיק בנושא עם פרד הויל, שאף כלל פרק על "תאוריית הנקבוביות של גולד" (Gold's Pore Theory) בספרו "גבולות באסטרונומיה" (Frontiers in Astronomy) מ-1955. בסוף שנות השבעים, בדיוק כשארצות הברית התמודדה עם משבר האנרגיה העולמי, החיה גולד את עבודתו בנושא נפט. בשנת 1977, צוללת מחקר ליד איי גלאפגוס גילתה מספר מערכות אקולוגיות משגשגות על קרקעית האוקיינוס, לצד נביעות הידרותרמיות. משלחות מאוחרות יותר גילו כי נביעות הידרותרמיות אלו הם בית גידול לכמה אורגניזמים, כולל תולעי צינור ענקיות וסרטנים לבקניים, שניזונו מחיידקים כימוסינתטיים אוהבי חום. גילוי החיים בסביבה מסוכנת זו הביא את גולד לשקול מחדש את הפרשנות הקבועה ליצירת נפט ממקור אורגני. גולד האמין ש"ביולוגיה היא רק ענף של תרמודינמיקה" וכי ההיסטוריה אבולוציונית של החיים היא רק "התפתחות שיטתית הדרגתית לעבר דרכים יעילות יותר לצרוך אנרגיה".
הוא החל את מחקרו בלימוד כיצד רעידות אדמה מאפשרות תנועה של גז מתאן מעומק כדור הארץ אל פני השטח. הוא שיער כי רעידת אדמה גדולה דיה תסדוק את הקרקע ובכך תפתח "דרך מילוט" לגז. גולד האמין כי זה יסביר את מספר התופעות החריגות הקשורות ברעידות אדמה, כמו שריפות, התלקחויות, אורות רעידת אדמה ופליטת גזים. עם עמיתו סטיבן סוטר (Steven Soter) בנה גולד מפת העולם המתארת אזורים גדולים המייצרים נפט ואזורים עם פעילות סייסמית היסטורית. כמה אזורים עתירי נפט, כמו אלסקה, טקסס, האיים הקריביים, מקסיקו, ונצואלה, המפרץ הפרסי, הרי אורל, סיביר ודרום-מזרח אסיה, נמצאים על רצועות של רעידות אדמה גדולות. גולד וסוטר הציעו כי רצועות אלה עשויות להסביר את הגירה כלפי מעלה של גזים דרך הקרקע, ובהמשך, את ייצור שדות הנפט והגז.
גולד שיער שמכיוון שנפט והפחמימנים המרכיבים אותו היו בכל היקום, אין שום סיבה להאמין "שעל כדור הארץ הם חייבים להיות ביולוגיים במקורם". גולד הציע כי דלקים יילכדו בתוך גלעין כדור הארץ בצורה מולקולרית אקראית לפני כמעט 4.5 מיליארד שנה. עם הזמן, החום הקיצוני של הגלעין "הזיע" את הסלעים שהכילו את המולקולות הללו, ודחף אותם מעלה דרך השכבות הנקבוביות של כדור הארץ. כאשר הם עולים מעלה אל פני השטח, תדלקו הפחמימנים את התפתחותם של מושבות חיידקיות גדולות, ששימשו בסיס לחיים על פני כדור הארץ. הדלקים המאובנים הנודדים אוספים שרידים ביולוגיים לפני שהם נלכדים במאגרים תת-קרקעיים עמוקים. זמן קצר לאחר שגולד החל לפרסם את התאוריות שלו, גילו החוקרים מספר מערכות אקולוגיות המתפקדות בתנאים של "חום ולחץ שפעם חשבו שאינם מאפשרים קיום חיים". בנוסף, גולד גילה כי מיקומם של אזורים עיקריים המייצרים נפט במזרח התיכון ובדרום-מזרח אסיה הוגדרו על ידי דפוסים בקנה מידה גדול בגאולוגיה של פני השטח ובטופוגרפיה, כגון קווי העתקים עמוקים. הוא גם הצביע על שפע הליום במאגרי נפט וגז כראיה ל"מקור עמוק של פחמימנים". יתר על כן, כמה מאגרי נפט שנחשבו שמוצו יצרו לפתע כמויות עצומות של נפט גולמי. מכאן הציע גולד שכדור הארץ עשוי להחזיק באספקה אינסופית כמעט - דבר המרמז על "לפחות 500 מיליון שנה של גז".
גולד הואשם בגניבת התאוריה על המקור האנאורגני של הנפט מגאולוגים סובייטים שפרסמו אותה לראשונה בשנות החמישים, אך ההאשמות הופרכו. לאחר שפרסם לראשונה את השקפותיו על מוצא הנפט בשנת 1979, החל גולד למצוא את המאמרים בנושא על ידי גאולוגים סובייטים ותרגם אותם. הוא התאכזב (מכך שרעיונותיו לא היו מקוריים) וגם שמח (כי ניסוח עצמאי שכזה של רעיונות אלה הוסיף משקל להשערה). תמיד נתן קרדיט לעבודה הסובייטית ברגע שידע על כך. ספרו "כוח מהאדמה" (Power from the Earth) משנת 1987 הקדיש חמישה עמודים לתיאור תרומות רוסיות חשובות לתחום.
קידוח באגם סיליאן.