Роберт Оппенгеймер внёс значительный вклад в теоретическую физику и квантовую механику. 12 Некоторые достижения учёного:

• Создание квантовой теории двухатомных молекул. 15 В 1927 году Оппенгеймер вместе с немецким физиком Максом Борном сформулировал теорию, которая позволяет учитывать и движение электронов, и колебания ядра молекул. 5 Формула, выведенная на основе уравнения Шредингера, получила название приближения Борна — Оппенгеймера и многократно упростила расчёты теоретических физиков. 5
• Доказательство теоремы о строении атомных ядер. 1 В 1931 году Оппенгеймер в сотрудничестве с физиком Паулем Эренфестом сформулировал и доказал теорему, согласно которой ядра, состоящие из нечётного числа частиц-фермионов, должны подчиняться статистике Ферми — Дирака, а из чётного — статистике Бозе — Эйнштейна. 12 Это утверждение известно как теорема Эренфеста — Оппенгеймера и позволило показать недостаточность протонно-электронной гипотезы строения атомного ядра. 2
• Разработка теории искусственной радиоактивности химических элементов. 1 В 1935 году Оппенгеймер вместе с физиком М. Филлипсом продвинул теорию, которая описывала явления, происходящие при соударении дейтронов с ядрами. 1 Она получила известность как процесс Оппенгеймера — Филлипс и используется до сих пор. 3
• Предсказание существования чёрных дыр. 4 В 1939 году Оппенгеймер вместе со студентом Хартландом Снайдером опубликовал работу, которая заложила основы современного понимания чёрных дыр. 4 Учёные показали, что достаточно массивная звезда будет разрушаться бесконечно долго после того, как её источники энергии будут исчерпаны. 4

Оппенгеймер также внёс вклад в теорию ливней космического излучения и других высокоэнергетических явлений, использовал для их описания существовавший тогда формализм квантовой электродинамики. 23