I 1850 emigrerte den unge Pelton sammen med flere andre lokale menn fra Ohio for å søke lykken i gullrushet i California. Han var ikke noen vellykket som en gullgraver, men han fisket på elven Sacramento og jobbet som snekker. Etter streiken i gullgruvene i nærheten Sierra Nevada i 1860 flyttet han til Camptonville i nærheten av elven Yuba og gullfeltet Mother Lode, der han livnærte seg som montør og snekker. Pelton tilbrakte mye av sin tid på å lese og studere gruvevirksomheten. Under sine observasjoner og studier fikk ham grunnlegende kunnskaper om utstyr for gruvedrift, metalurgiske prosesser og relaterte tekniske innretninger.