1873 թվականին Լորենցը հանձնեց դոկտորական քննությունները[19], իսկ 1875 թվականի դեկտեմբերի 11–ին Լեյդենում գերազանցությամբ պաշտպանեց «Դեպի լույսի անդրադարձման և բեկման տեսություն» դոկտորական դիսերտացիան (հոլ.՝ Over de theorie der terugkaatsing en breking van het licht), որում մաքսվելյան տեսության հիմքի վրա տվեց այդ պրոցեսների բացատրություն։ Պաշտպանությունից հետո երիտասարդ դոկտորը վերադարձավ արհնեմյան ուսուցչի իր նախկին կյանք։ 1876 թվականին նա ընկերների հետ քայլարշավ կատարեց Շվեցարիայով։ Այդ ընթացքում նրա առջև դեպի մաթեմատիկա ամբողջական անցման հարց դրվեց․ հենց այդ դիսցիպլինն էր նա հաջողությամբ դասավանդում դպրոցում և դրա համար Ուտրեխտի համալսարանը նրան առաջարկեց մաթեմատիկայի պրոֆեսորի պաշտոն։ Սակայն, Լորենցը ակնկալելով վերադառնալ իր ալմա մատեր, մերժեց այդ առաջարկը և որպես ժամանակավոր պաշտոն որոշեց ստանալ ուսուցչի տեղ լեյդենյան դասական գիմնազիայում։ Շուտով Լեյդենյան համալսարանում կարևոր փոփոխություն տեղի ունեցավ․ ֆիզիկայի ամբիոնը բաժանվեց երկու մասի՝ փորձարարական և տեսական։ Տեսական ֆիզիկայի պրոֆեսորի նոր պաշտոնը սկզբում առաջարկեցին Յոհանես Դիդերիկ վան դեր Վալսին, իսկ երբ նա հրաժարվեց, այդ պաշտոնում նշանակեցին Լորենցին[20]։ Դա տեսական ֆիզիկայի Նիդրլանդներում առաջին և Եվրոպայում առաջին ամբիոններից մեկն էր, Լորենցի հաջող գործունեությունը այդ բնագավառում նպաստեց տեսական ֆիզիկայի որպես ինքնուրույն գիտական դիսցիպլին ձևավորմանը[19]։