在哥廷根，奥本海默结识了物理学家沃尔夫冈·泡利、维尔纳·海森堡和恩里科·费米，这些人后来都获得了诺贝尔物理学奖。1926年，奥本海默读到了德国青年物理学家维尔纳·海森堡关于矩阵力学的论文，他对量子现象做了极为认真的精确描述。海森堡经过哥廷根时，奥本海默特意与他见了面。海森堡比奥本海默大3岁，两人都有天生的思维能力，对彼此心知肚明。4年前，也是在哥廷根，还在为哲学博士学位而工作的20岁的海森堡遇到了玻尔。在玻尔的一次演讲以后，海森堡站起来提了一个反对意见，玻尔犹犹豫豫地回答了。讨论结束后，玻尔邀请海森堡和他一起到海因山上去散一次步，他们谈了3个钟头，那是海森堡真正的科学事业开始的时间。现在，海森堡鼓励奥本海默，用量子论去解释“分子何以成为分子”。
尽管奥本海默非常出色，但对于那时的科学成就来说，他更多是见证者，而不是参与者。他给同学留下的更深的印象，是一个“富有的美国人”。他衣着得体，出手阔绰，其他学生花钱买书往往感到困难时，他所需要的书籍应有尽有，有些书还是书店专门为他装订的。在哥廷根，奥本海默寄居在一栋私人别墅里。别墅的主人是被吊销医学执照的哥廷根医生卡里奥，这一家曾经非常富有。随着这家人的好运被战后德国的通货膨胀带走，他们不得不租房给寄宿生。奥本海默的德语很流利，很快就洞悉了魏玛共和国正在削弱的政治氛围。他推测卡里奥一家“有着典型的纳粹运动所依赖的仇恨”。奥本海默发现大多数德国人的日子并不好过。“尽管这个社会非常富有、温暖且对我有帮助，但它只是停留在一种糟糕的德国模式中。”许多德国人“怀有敌意，闷闷不乐……愤怒和充满着这些因素的各种情绪最终会导致一场大灾难，这一点我感触颇深”。生活对美国人来说，则完全是另一个世界。奥本海默穿着用英国最好的羊毛织成的带着鲱骨式图案的衣服，把私人物品装在昂贵的猪皮箱里。
1927年，奥本海默以海森堡在量子力学上的发现为基础做研究，与波恩合作完成了《关于分子的量子论》的论文，获得博士学位。他在哥廷根的这一年里，海森堡应玻尔的邀请，在哥本哈根玻尔的理论物理研究所做了一年的讲师。每周两次，他用丹麦语给硕士研究生上理论物理，每次一小时。他住在研究所主楼的新客房中，玻尔就住在旁边的别墅中。晚上20点或21点以后，玻尔常会走到楼上海森堡的房间中来，与他讨论，常常一直谈到深夜1点，这两位物理学家建立了情同父子的深厚感情。1927年，海森堡回到德国，成为莱比锡大学理论物理学教授。没有人料到，和平会戛然终结，奥本海默、玻尔与海森堡会在历史的命运岔路口，分道扬镳。
“铀俱乐部”
1938年，玻尔和妻子玛格丽特在哥本哈根的家中，款待了一位朋友，奥地利物理学家丽丝·迈特纳。随着德国吞并奥地利，她在柏林的处境岌岌可危。她是德国化学家奥托·哈恩在弗里德里希·威廉大学的亲密同事，两人合作了30年。迈特纳逃到哥本哈根，在玻尔家住了若干个星期。玻尔一向反对德国希特勒政权，他运用影响力，协助许多科学家逃离德国。迈特纳在哥本哈根停留了一段时间，去了瑞典。