Fra 1947 til 1952 var han statsstipendiat med studieopphold ved Institut du Radium og Collège de France i Paris. Deretter arbeidet han med forskning på kjernekjemi ved Massachusetts Institute of Technology i Boston. I 1952 kom han tilbake til Oslo og forsvarte avhandlingen for dr.philos.-graden i 1954. Her ledet han den nye kjernekjemiske gruppe under Norges Teknisk-Naturvitenskapelige Forskningsråd. Niels Bohr anbefalte Pappas å delta i det nystartede atomfysiske forskningssenteret CERNs eksperimenter i Uppsala. I 1957 fikk Pappas et gaveprofessorat finansiert av Landsforeningen mot kreft. Det neste tiåret forsket han på opptak av radioaktivt strontium i menneskekroppen. Denne forskningen var svært viktig under den kalde krigens tid, da det var behov for kunnskap om stråleskader i forbindelse med prøvespregninger eller i tilfelle atomkrig. Fra 1962 til han gikk av med pensjon i 1985 var han professor i kjernekjemi ved Universitetet i Oslo.