Isidor Isaac Rabi
Moleküler Işın laboratuvarı

26 Mart 1929'da Rabi Kolombiya'dan yıllık $3000 maaş ile okutmanlık teklifi aldı. Kolombiya Üniversitesi Fizik bölümü dekanı George Pegram istatistiksel mekanik ve kuantum fiziğinin yeni konuları hakkında ileri düzey dersler verecek teorik fizikçi arıyordu. Bunun üzerine Heisenberg Rabi'yi önerdi. Bu sırada Helen hamile olduğu için Rabi'nin düzenli bir işe ihtiyacı vardı ve bu iş NewYork'taydı. İş teklifini kabul etti ve Ağustos'ta Birleşik Devletlere geri döndü. O zamanlarda Kolombiya'daki tek Yahudi fakülte üyesi oldu.
Rabi öğretmen olarak etkileyici değildi. Leonard Lederman bir dersinden sonra Rabi'nin bahsetmiş olduğu şeyi denemeleri ve anlamaya çalışmaları için öğrencilerini kütüphaneye gönderirdi. Irving Kaplan Rabi ve Harold Urey'i gördüğü en kötü öğretmen olarak oyladı. William Nierenberg Rabi'yi basit ve rezil bir öğretmen olarak görürken, Norman Ramsey Rabi'nin derslerinin oldukça berbat olduğunu düşünüyordu; ama öğretmen olarak eksiklikleri olmasına rağmen yarattığı etki büyüktü. Birçok öğrenciye kariyerlerini fizik alanında sürdürmeleri konusunda ilham verdi ve o öğrencilerin bazıları ünlü fizikçiler oldu.
Rabi'nin ilk kızı, Helen Elizabeth, Eylülde doğdu. İkinci kızı Margaret Joella da 1934'te dünyaya geldi. Rabi'nin öğretme görevi ve ailesi arasında araştırma için çok az zamanı vardı. Bu yüzden Kolombiya'daki ilk yıllarında hiç bildiri sunmadı; yine de asistan profesörlüğe atandı. Akabinde 1937'de profesör oldu.
Rabi özel ışın deneylerine 1931'de geri döndü. Gregory Breit ile işbirliği içinde Breit-Rabi denklemini geliştirmdi ve Stern-Gerlach deneyinin atom çekirdeğinin özelliklerini doğrulayacak şekilde değiştirilebileceğini öngördü. Sonraki adım ise bunu gerçekleştirmekti. Victor W. Cohen'in yardımıyla Kolombiya'da moleküler ışın aparatı tasarladı. Onların amacı sodyumun çekirdek döngüsünü saptamayı umdukları güçlü bir manyetik alan yerine zayıf bir manyetik alan sağlamaktı. Eğer çekirdek döngüsü varsa manyetik alanın ışınları (2l + 1)e ayıracağı tahmin edildi. Deney yürütülürken sodyumun çekirdek döngüsünün 3/2 oranında olduğunu gösteren 4 ışın keşfedildi.
Rabi'nin Moleküler Işın laboratuvarı, doktorası için lityum üzerine çalışan Sidney Millman dahil olmak üzere birçok kişiyi etkilemeye başladı. laboratuvardan etkilenen diğer kişi de sodyum çekirdeğini anlamanın çok zor olduğuna inanan Jerold Zachariasti. Jerold Zacharias en basit elementin hidrojen olduğunu öne sürdü. Hidrojen dötaryumun izotopu 1934'te bu çalışması için Kimya dalında Nobel Ödülü alan Urey tarafından 1931'de Kolombiya'da yenice keşfedilmişti. Urey Rabi'ye ödül sermayesinin yarısını Moleküler Işın laboratuvarı için bağışlayarak ona bir de bu şekilde yardım etti. Kariyerlerine Moleküler Işın laboratuvarında başlayan bilim adamları Norman Ramsey, Julian Schwinger, Jerome Kellogg ve Polykarp Kuschtu. Rabi, kadınlardan bilim insanı olacağına inanmadığından bu kişilerin hepsi erkekti. Onun hiçbir zaman doktora yapan veya tamamlayan kadın öğrencisi olmadı ve kadınların fakültelerde çalışmasına da karşıydı.
C. J. Gorter'in önerisiyle grup, salınımlı ortam kullanmaya yöneldi. Bu nükleer manyetik rezonans yönteminin temeliydi. 1937'de, Rabi, Kusch, Millman ve Zacharias LİCI, LİF ve dilithium içeren moleküler ışınlı farklı lityum izotoplarının manyetik hareketini ölçmek için bu yöntemi kullanıyordu. Hidrojen için bu yönteme başvurduklarında bir proton hareketinin hemen hemen 2.785 olduğunu buldular. (Bu sonuç +0.02 veya - 0.02 miktarında değişkenlik gösterebilir) Dötronun hareketi ise 0.855 çekirdek manyetonuydu. Rabi, sonuçların dötronun manyetik bir kuadrupol olduğu gösterdiğini dile getirdi. Rabi, molekül ışın manyetik rezonansını saptama yöntemi yarattığı için 1944'te Fizik dalında Nobel ile ödüllendirildi.