1931年，学成后的赵忠尧，回到中国，回到清华，担任物理系教授。开设并创办了个核物理课程、第一个核物理实验室，成为中国原子能研究的开拓者。
赵忠尧并没有白白带回那50毫克镭，当年在昆明城北，西南联大物理系师生曾用极其简陋的条件，利用这50毫克的镭做了些中子放射性元素实验，这种“知其不可为而为之”的精神，激发了一代代中国核物理科学家！
赵忠尧更是培养大师的大师，不少中国“两弹一星”的元勋，都是他的学生。
1946年6月30日，美国继在日本扔下了原子弹之后，又在太平洋的比基尼小岛上，试爆了一颗原子弹。
此时，英法苏中4个胜利集团的盟友代表，应美国政府之邀正在观“战”。当核爆炸的蘑菇云升起时，赵忠尧成了个亲眼看到原子弹爆炸的人！他默默注视着冉冉升起的蘑菇云，将目测出的数据牢记在自己的脑海之中。
