Burdon ile yaptığı cıva çalışmalarından cesaret alarak 1851 Exhibition Bursu için başvurmuştur ve kazanmıştır ona günümüz parasıyla yıllık 17.000 dolara denk gelen bir ücret almıştır. Bu üyleiğe kabul edildiği duyulduğu zaman Ruthford ve Trinity Üniversitelerinin ikisi de Oliphant’ı kabul etmiştir. 

Rutherford’un Cavendish Laboratuvarı o zamanlarda, ileri seviye nükleer fizik alanında deneyler yapan dünyadaki sayılı laboratuvardan biriydi. Oliphant Rutheford ve bayan Rutherford tarafından öğlen çay partisine davet edilmişti, bu partiden sonra Cavendish Laboratuvarında araştırma yapan aralarında Patrick Blackett, Edward Bullard, James Chadwick, John Cockcroft, Charles Ellis, Peter Kapitza, Philip Moon ave Ernest Walton ’ın da bulunduğu araştırmacılarla tanışma fırsatı bulmuştur. Bu araştırmacıların arasında iki Avustralyalı Harrie Massey ve John Keith Roberts bulunmaktadır. Oliphant daha sonradan Cockcroft ile yakın arkadaş olmuştur. Laboratuvarda çok fazla yetenekli insan bulunmaktaydı fakat ödeneği azdı ve boşa harcamak istemiyorlardı. Deney ekipmanlarında dize ve sızdırmazlık balmumu yöntemini kullanmışlardır. Oliphant bir deney için kendi para harcayarak ( günümüz parasıyla 800 dolar) kendi vakum pompasını almıştır.

Oliphant ‘Pozitif iyonlu yüklerin metal yüzeyler üzerine nötrlenmesi, İkincil iyonların salınımı’ üzerine yazdığı yüksek lisans tezini Aralık 1929 tarihinde teslim etmiştir. Tezini Rutherford ve Ellis’e sunmuştur. Bu başarıya ulaşması onun için yeni bir hayat amacı demekti ama aynı zamanda 1851 Exhibition bursunun da sona ermesi demekti. Oliphant her yıl sadece beş kişinin seçildiği 1851 Kıdemli Öğrencilik Bursunu güvenceye almıştı (yıllık günümüz parasıyla yaklaşık 29.000 dolar). Bu burs bir yıllıktı ve ayrıca özel durumlarda bir yıl daha uzatılabiliyordu ve Oliphant ikinci yılı da kazanmıştır.

Oliphant’ın ilk çocuğu, Geoffrey Bruce Oliphant 6 Ekim 1930 tarihinde doğmuştur fakat menenjit sebebiyle 3 Eylül 1933 tarihinde ölmüştür. Mezarı işaretsiz olarak olarak Cambridge’de Ascension Parish Burial Ground mezarlığına defnedilmiştir. Mezarı, Sör John ve Lady Elizabeth Cockcroft’ un bir yıl öncesinde ölen bebeği Timothy Cockcroft’ un yanında yer almaktadır. Daha sonraları kendileri çocuk yapamayan Oliphantlar 1936 yılında dört aylık bir erkek çocuk, Michael John ve 1938 yılında bir kız çocuk, Vivian’I evlat edinmişlerdir.

1932 ve 1933 yıllarında Cavendish Laboratuvarında çalışan bilim adamları çığır açacak icatlarda bulunmuşlardır. Cockroft ve Walton lityumu yüksek enerjili protonlarla bombaladılar ve dönüşebilir helyum çekirdeğine yerleştirmede başarılı oldular. Bu yapay yollarla atom çekirdeğinin bir başka elementin çekirdeğiyle değiştirilmesinde ilk deneylerdendir. Sonralardan Chadwick yeni bir deney yaparak yeni, yüksüz, neredeyse protonla aynı kütlede bir parçacık bulmuştur; nötron. 1933 yılında Blackett sis odasında pozitron varlığıyla ilgili kanıtlar bulmuş ve pozitronun varlığını onaylamış ve pozitronun karşılıklı spiral izlerini ortaya çıkarmıştır- elektron çifti oluşumu.

Oliphant Blackett’in çalışmalarını takip ederek protonları 600,000 elektronvolt enerjiye kadar ateşleyebilen bir parçacık ivmelendiricisi inşa etti. Sonradan Cockroft ve Walton’un çekirdek yapay ayrışması ve pozitif iyon çalışmalarını doğrulamıştır. Sonraki iki sene altı serilik akademik bildiri yayınlamıştır. 1933 yılında Cavendish Laboratuvarı, Amerikan fiziksel kimyacı Gilbert N. Lewis’den bir hediye olarak birkaç damla ağır su almıştır. İvmelendirici ağır hidrojen çekirdeğini (denütreus) çeşitli hedeflere ateş etmek için kullanılmıştır.

Rutherford ve diğerleriyle çalışmak Oliphant’ın Helyum-3 ve tirityum çekirdeğini keşfetmesini sağlamıştır.

Oliphant lityumun izotoplarını ayırmak için elektromanyetik ayırıcıyı kullanmıştır. Nükleer füzyonu deneysel olarak kanıtlayan ilk kişidir. Döteronun Helyum-3, tirityum ya da diğer döteronlarla tepkimesinden başlangıçtaki parçacıklardan çok daha fazla enerji açığa çıkardığını bulmuştur. Bağlanma enerjisi çekirdeğin içinden ayrılmıştır. Arthur Eddington’un 1920’ deki varsayımını takip ederek küçük çekirdek füzyon enerjisinin yıldızlara (Güneş’e) enerji kaynağı sağlayabileceğini öne sürmüştür. Daha büyük bir kesitle döteron-trityum nükleer füzyon reaksiyonu, hidrojen bombasının temeli olmuştur fakat Oliphant bu gelişmeyi öngörmemiştir:

… bir gün hidrojen bombası yapımında kullanılacak bir şey bulduğumuzdan hiç haberimiz yoktu. Bizim merakımız sadece atomun çekirdeğinin yapısıyla ilgiliydi ve bu reaksiyonların keşfi, Amerikalıların söylediği gibi tamamen tesadüf eseridir.

1934 yılında Cockcroft, Cambridge John’s Üniversitesinde Oliphant’a aylık 600 dolarlık üyelik ayarlamıştır. Chadwick 1935 yılında Cavendish Laboratuvarını Liverpool Üniversitesi için bıraktığı zaman Oliphant ve Lewis onun yerine Rutherford’un araştırma yönetici asistan pozisyonuna yükselmişlerdir. Bu yükseliş maaşlarının aylık 600 euroya çıkmasını sağlamıştır. St. John’dan gelen parayla birlikte Oliphant’ın rahat bir geliri olmuştur. Oliphant sonunda yeni bir 1.23 MeV’lik bie jeneratörlü (2015’te eşitiyle 447.000 dolar) ivmelendirici laboratuvar teçhiz etmiştir o sırada daha da büyük 2 MeV’lik jeneratör tasarlamıştır. Yeni bir dairesel parçacık ivmelendiricisi tasarlayarak proton hızlandırmayı bulmuştur. 1937 yılında Kraliyet Cemiyetine kabul edilmiştir. Öldüğünde en uzun süreli hizmet veren üyeydi.

Birmingham Üniversitesindeki Hedefleme Fizik binası kırmızı tuğla üniversitesi unvanını almasının sebebidir.

Samuel Walter Johnson Smith’in 65 yaşındaki zorunlu emekliliğinden sonra Hedefleme Fizik bölümüne yeni bir profesör atanmasını istemiştir. Fakat üniversite sadece yeni bir profesör değil aynı zamanda, tanınmış ve nükleer fizik alanında çalışmaya istekli birini istiyordu. Neville Moss, Maden Mühendisliğinde profesörü ve Bilim Fakültesinin dekanı, Oliphant’a ulaştı ve şartlarını sundu. Oliphant 98,000 dolarlık maaşına ek olarak üniversitenin laboratuvarını yenilemesini ve her yıl düzenli olarak yenilenmesi için ödenek ayırılmasını istemiştir. Ayrıca 1937 Ekim ayına kadar da Cavendish Laboratuvarından ayrılmak için de zaman istemiştir. Üniversite Oliphant’ın birçok şartında anlaşmaya varmıştır.

Oliphant istediği 150 cm’lik kiklotronu almak için başbakan Neville Chamberlain’e mektup yazmıştır. Chamberlain konuyu arkadaşı Lord Nuffield ile paylaşmıştır ve günümüz parasıyla Oliphant’a 5,000,000 dolar ödenek ayrılmıştır. Bu ödenekle kiklotron alınmış, kiklotronun içine kurulacağı bina yapılmış ve Oliphan’ın Kalifrniya Berkley’e kiklotronun mucidi Ernest Lawrence’e ziyareti karşılanmıştır. Lawrence Oliphant’ın projesini desteklemiştir ve Oliphant’a 150 cm’lik kiklotronun planlarını göndermiştir ve Oliphant’ı Radyasyon Laboratuvarına davet etmiştir. Oliphant 10 Aralık 1938’de New York’a gitmek üzere yola çıkmıştır ve Lawrence ile Berkley’de tanışmıştır. Oliphant yeni bir kiklotron kurarken karşılaşabileceği problemlerin farkındaydı bu yüzden ödeneği olabildiğince Lawrence’ın planlarına uygun olarak harcamaya çalıştı. 1939 yılbaşına hazır olması planlanıyordu fakat İkinci Dünya Savaşı yüzünden ertelendi. Savaşın sonrasına kadar tamamlanamadı.

Orijinal boşluklu magnetron John Randall ve Harry Boot tarafından Birmingham Üniversitesinde geliştirilmiştir.
1938 yılında Oliphant gizlice radarın geliştirilmesinde gizlice dahil olmuştur. Model radar istasyonlarını gezerken acilen daha kısa dalga boylu radyo dalgalarına gerekli olduğunu anladı özellikle eğer bir radar istasyonunu bir uçağın içine sığdırma şansları varsa. Ağustos 1939’da küçük bir grupla Ventnor’a Zincir Ev sistemlerini doğrudan kendi gözlemlemek için gitti. Dalga boyu on santimetreden küçük sistemlerin daha uygun olduğunu gözlemledi.

Oliphant’ın Birminhgam’daki grubu iki önemli umut vadeden cihaz geliştirmek üzere çalışıyorlardı, klistron ve magnetron. Oliphant James Sayers ile birlikte çalışırken klistronu geliştirerek 400W üretebilen klistron üretmeyi başarmıştır. Bu sırada Birmingham grubundan iki kişi, John Randall ve Harry Boot yeni bir tasarım olan boşluklu magnetron üzerinde çalışıyorladı. Şubat 1940’da 400W ve uçak radarları için en uygun dalga boyu olan 9.8 santimetre dalga boyu çıkış elde etmeyi başardılar. Çok geçmeden magnetronun gücü yüze katlandı ve Birmingham magnetron gelişmesine konsantre oldu. İlk kullanıma hazır magnetronlar Ağustos 1941’de teslim edildi. Bu buluş bilimde ve savaşta dönüm noktası olmuştur, Alman U-botlarının yenilgiye uğratılmasının ve düşman bombalarının engellenmesinin ve yandaş bombalarının hedeflerini bulmasının sebebidir.

1940 sonbaharında Oliphant, Britanya’nın işgal edilme ihtimaline karşı karısı ve çocuklarını Avustralya’ya göndermiştir. Şubat 1942’de hizmetlerini Elektrik Mühendisliği Bölümü Profesörü John Madsen’e (Sydney Üniversitesi) sunmuştur. Madsen Bilimsel ve Endüstriyel Araştırma Radyofizik Laboratuvarının başıydı, aynı zamanda radarın geliştirilmesine katkıda bulunmuştur.

In 1940, the Fall of France, and the possibility that Britain might be invaded, prompted Oliphant to send his wife and children to Australia. The Fall of Singapore in February 1942 led him to offer his services to John Madsen, the Professor of Electrical Engineering at the University of Sydney, and the head of the Radiophysics Laboratory at the Council for Scientific and Industrial Research, which was responsible for developing radar.

Avustralyalılar yerel radar setlerini kurmaya hazırlanıyorlardı. Oliphant, Profesör Thomas Laby’i Eric Burhop ve Leslie Martin’i optik savaş malzemeleri üzerindeki çalışmalarını bırakıp radar üzerinde çalışmaları için ikna etmiştir ve Mayıs 1942’de Melburne Üniversitesindeki laboratuvarda boşluklu magnetron yapmayı başarmışlardır. Oliphant, magnetronları üretim hattı laboratuvarı için taşımada Martin ile birlikte çalışmıştır. Avustralya’da savaş sırasında 2,000 den fazla radar seti üretilmiştir.

Mart 1940’da Birmingham Üniversitesinde, Otto Frisch ve Rudolf Peierls içinde atom bombası üretimi ve