Feynman tok bachelorgrad ved Massachusetts Institute of Technology (MIT) i 1939, og ble Putnam Fellow samme år. Han tok doktorgrad ved Princeton University i 1942; hans veileder var John Archibald Wheeler. I avhandlingen undersøkte Feynman hvordan det klassiske prinsippet om minste virkning passet inn kvantemekanikken. Han kom dermed frem til en helt ny forståelse av kvantemekaniske fenomen som nå kunne matematisk beskrives ved såkalte veiintegral. På forskjellige måter er denne beskrivelsen mer fundamental enn de tidligere formuleringene til Heisenberg og Schrödinger. Noen år senere brukte han sin nye innsikt til å løse flere problem i kvanteelektrodynamikk da beregningene nå lett kunne forenkles. I den forbindelse oppfant han sine Feynman-diagram som på en konkret måte illustrerer hva som skjer med elementærpartikler som vekselvirker.