W ostatnim roku w szkole zainteresował się chemią.

Był tak zdolnym uczniem, że trzecią i czwarta klasę ukończył w ciągu jednego roku, a klasę ósmą w ciągu pół roku. Zainteresowanie chemią skłoniło go do rozpoczęcia nauki w Harvard College. Studia te rozpoczął w wieku 18 lat (rok po ukończeniu nauki w Ethical Culture School), gdyż podczas rodzinnych wakacji w Europie doznał zapalenia jelita grubego. W Europie Robert zajmował się między innymi poszukiwaniem minerałów w Jachymowie w Czechach, gdzie znajdowała się największa na kontynencie kopalnia uranu.

Rekonwalescencja Oppenheimera odbywała się w Nowym Meksyku, gdzie zakochał się w jeździe konnej i południowo-zachodnich Stanach Zjednoczonych.