Foruten hans ledelse av Manhattanprosjektets arbeide i Los Alamos var Robert Oppenheimers fremste bragder innen fysikken Born–Oppenheimer-approksimasjonen, arbeidet med teorien om elektroner og positroner samt de første forutsigelsene om tunneleffekten. Sammen med sine studenter gjorde han også viktige fremskritt innen den moderne teori om nøytronstjerner og svarte hull, såvel som innen kvantemekanikk, kvantefeltteori og vekselvirkningen mellom kosmiske partikler. Som lærer og fremmer av vitenskap blir han husket som en av grunnleggerne av den amerikanske skole innen teoretisk fysikk, som i 1930-årene ble en av de verdensledende. Etter andre verdenskrig ble han direktør for Institute for Advanced Study ved Princeton University.