Under verneplikten var Dahl ved Forsvarets forskningsinstitutt (1952) under Jan Garwick, og utferdiget en cand.real.-avhandling (1957) om høynivå-programmering for FREDERIC. Mens han arbeidet ved Forsvarets forskningsinstittut, utviklet han et språk, MAC (Mercury Automatic Coding) for en Ferranti Mercury datamaskin som han arbeidet med. Derpå virket Dahl ved Norsk Regnesentral (1962) og utviklet med Kristen Nygaard verdens første objektorienterte programmeringsspråk, Simula (1965). Dette ble internasjonalt lansert i 1967, og objektorientering regnes idag til de virkelig store begivenhetene i informatikkens historie. Simula dannet grunnlaget for moderne språk som og Java.