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1934年，伽莫夫移居美国，在华盛顿大学任教。期间，伽莫夫主要从事宇宙学和天体物理学研究，发展了大爆炸宇宙模型，并且研究了宇宙初始阶段化学元素起源的问题。
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科普界一代宗师
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在原子核物理方面，1928年提出α衰变理论，1936年提出β衰变的伽莫夫特勒选择定则。1956年起，伽莫夫任科罗拉多大学教授，并将研究中心转向分子生物学，他提出了DNA分子的“遗传密码”。
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伽莫夫还是一位优秀的科普作家，被科普界奉为一代宗师。在他一生正式出版的25部著作中，有18部是科普作品，其中最具代表性的是《物理世界奇遇记》。在这部作品中，伽莫夫成功地塑造了只懂数字不懂科学的银行职员汤普金斯先生，通过他梦游物理幻境的奇妙经历，以诙谐、幽默、生动的语言将物理学的重要概念介绍给读者。1956年，伽莫夫获得联合国教科文组织颁发的卡林伽科普奖。
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图解时间简史：人人都可以读懂的霍金 科学顽童伽莫夫
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图解时间简史：人人都可以读懂的霍金 第五章 宇宙的开始和未来
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活着就有希望。
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——霍金
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图解时间简史：人人都可以读懂的霍金 人们无法像拍摄纪录片一样，为宇宙做一个生命历程的回顾，只能通过不断地探索，为宇宙的过去和未来描绘一个可能的图景。大爆炸理论作为对未知宇宙的一种猜想，必然会存在一定的缺陷。于是，科学家们又提出了许多新的宇宙模型。其中暴胀理论弥补了大爆炸理论的不足，解释了磁单极疑难和视界疑难。而超弦理论、膜宇宙论等则试图解开奇点之谜。
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值得一提的是，量子力学的发展也为宇宙学打开了新的研究领域，天文学家们开始从微观的角度来看待宇宙。
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图解时间简史：人人都可以读懂的霍金 1 更细微的宇宙开端 质子和中子是否也会瓦解
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我们知道，宇宙初始时，质子、中子、电子与光等粒子互相激烈地碰撞，是一片混沌世界。但宇宙开端时，这些粒子就存在吗？它们是否还可以分解为更微小的粒子？
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探索更初始的宇宙
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要弄清楚宇宙开端时的景象，就必需解答上面的问题。质子、中子、电子究竟是不能再分解的最基础的粒子，还是由更小粒子集合形成的合成物？根据我们在前面的论述，越是向宇宙的过去推演，温度越高，密度越大，粒子活动越剧烈，光的波长也越短，辐射能量越大。这样一来，质子、中子和电子如果不是最基本的粒子，在往前推演的过程中，它们同样会被瓦解，被高能量的射线破坏，飞出更微小的粒子。