第二次世界大战进入尾声的时候，高等研究院的第二任院长Frank Aydelotte行将退休。这时候，高等研究院已经有三个学部，除了数学部以外，另外两个是人文科学部与经济学和政治学部。班伯格和富德夫人都已经在1944年去世，年事已高的弗列克斯纳虽然还是研究院的董事，但已经进入安度晚年的时候了。
经过包括商界和军界在内的海选，罗伯特·奥本海默（J. Robert Oppenheimer）被推选和任命为高等研究院的第三任院长，同时具有数学学部终身成员教席。奥本海默是著名的理论物理学家，同时人文修养极好。他从1947年上任，一直做到1966年，是迄今高等研究院在任时间最长的院长。
奥本海默1904年出生于纽约市一个德国移民的家庭，父亲做纺织品进口的生意。奥本海默就是在这样一个房间墙上挂着凡·高等著名画家的作品的家庭长大。在哈佛大学，奥本海默学习数学、物理、化学、哲学、东方宗教、法语和英国文学。毕业以后，他到英国剑桥大学的一个实验室工作了一年，1927年从德国哥廷根大学获得博士学位。1929年，他接受教席，同时在加州理工学院和伯克利加州大学工作。
1942年，奥本海默来到位于新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯（Los Alamos）国家实验室，担任旨在制造世界上第一批原子弹的所谓曼哈顿计划的技术总监。战后，他出任美国原子能委员会顾问委员会的主席。
作为高等研究院的第三任院长，奥本海默吸引了一大批最出色的物理学家来到高等研究院，集注于当时最有生气的粒子物理学的研究，其中包括年轻的中国物理学家杨振宁和李政道，他们正是在高等研究院工作期间，共同获得物理学诺贝尔奖。这段时间，高等研究院是世界高能物理和场论的研究中心，高等研究院取代20世纪20和30年代的哥本哈根，成为理论物理学的新的麦加。后来，高等研究院的奥本海默年代，被称为世界“物理学的黄金时代”。
杨振宁和李政道来到高等研究院，是奥本海默的“政策”的结果，那就是向二三十岁拔尖的年轻学者开放。1957年因为宇称不守恒的发现获得物理学诺贝尔奖的时候，杨振宁已经有了两年的成员教席，而更年轻的李政道是研究院的访问成员。
从爱因斯坦开始，高等研究院的物理学家们原来都安排在数学部。但是在这个“物理学的黄金时代”，高等研究院吸引的物理学家越来越多，终于在1966年，高等研究院成立了当时以物理学家为主的自然科学部。
与此同时，数学部和历史研究部也都在壮大。怎么出现了历史研究部呢？原来，奥本海默出掌高等研究院以后不久，人文科学部与经济学和政治学部合并成为历史研究部，重点发展希腊文明、罗马文明、国际关系、外交史、近代史和艺术史的研究。后来因为延揽了相应的学者，中世纪和文艺复兴的研究也成为一个重点。
奥本海默主事期间，高等研究院新建了一些楼房，学者们的工作条件、住宿条件和生活条件都有了很大改善。例如，原来一些古色古香的房子固然别有韵味，但是因为各家各户各自烧煤取暖，冬天来临之前大家都要忙于储煤。现在改为统一供热，对于学者们的生活当然是很大的改善。专门的图书馆和访问学者公寓，也在这个时期落成。
1950年初，美国参议员约瑟夫·麦卡锡开始他的反共运动，指责联邦政府违反安全政策雇用亲苏或者亲共的科学家。麦卡锡主义曾经猖獗到这样的程度，以至于在1954年4月，罗伯特·奥本海默这位曾任“曼哈顿计划”技术总监、时任普林斯顿高等研究院院长的美国最著名的科学家，也被怀疑犯有叛国罪，在全国公众面前被艾森豪威尔政府吊销了他的国家忠诚资格。在此之前的1953年，他在美国原子能委员会顾问委员会的职位已经被褫夺。公开宣布的理由是奥本海默年轻时曾与“左翼”活动分子有联系，不过，正如冯·诺依曼和当时许多科学家相信的那样，真正的理由是奥本海默拒绝支持发展杀伤力更大的氢弹。
标榜并不听从政府命令的高等研究院，自然不为所动，研究院仍然在奥本海默领导下卓有成效地运作和发展。
毕竟，臭名昭著的麦肯锡主义非常不得人心。十年以后的1963年4月，约翰逊总统向奥本海默颁发了费米奖章，这是美国原子能委员会的最高荣誉。这次颁奖，当然有恢复名誉的意思。
1967年，奥本海默因为喉癌去世。