I 1927 ble Bernal utnevnt som foreleser ved Structural Crystallography ved Cambridge University, og han ble utnevnt til assisterende direktør i Cavendish Laboratory i 1934. Her begynte han for alvor å bruke sine krystallografiske teknikker for å studere organiske molekyler. Imidlertid ble Bernal nektet et stipend fra universitetet i Rutherford og i 1937, ble Bernal gjort til professor i fysikk ved Birkbeck College som er en avdeling med tilhørighet til University of London. Etter den andre verdenskrig etablerte Bernal et forskningslaboratorium der han skulle forske på biomolekylære, i to georgianske hus i Torrington Square sammen med 15 andre forskere.