द्वितीय विश्व युद्ध शुरू होने पर साराभाई भारत लौट आए और बैंगलोर में भारतीय विज्ञान संस्थान में कार्य करने लगे, जहां उन्होंने नोबेल पुरस्कार विजेता सर सी.वी. रमन के मार्गदर्शन में ब्रह्मांडीय किरणों में शोध शुरू किया.