I 1950 disputerte Odum med en PhD-grad i zoologi ved Yale University, under veiledning av Hutchinson. Hans doktoravhandling hadde tittelen . Med dette tok han trinnet fra sin tidlige interesse for ornitologi og inn i det nye feltet systemøkologi. På slutten av 1940-årene utførte han en meteorologisk analyse av den globale sirkulasjonen av strontium, der han så på jorden som ett stort økosystem, hvilket senere ble en allment akseptert teori. Odums avhandling dreide seg om biogeokjemi for strontium. Verken Odum eller Hutchinson hadde forventet den betydningen som strontium senere skulle få i atomalderen, men Odums forskning ble oppført i som en av de femten mest bemerkelsesverdige presentasjonene på konferansen til American Association for the Advancement of Science i 1950. Senere publiserte brødrene Odum en artikkel i , der de redegjorde for at innholdet av strontium, avsatt i fossiler, ble holdt i en stabil jevn tilstand over lange geologiske tidsperioder. Deres påstand var at biogeokjemiske sykluser generelt holdt seg stabile over svært lang tid. Etter Odums syn kunne disse biogeokjemiske syklusene, som drives av solenergi beskrives på samme måte som økosystemer.