“两弹一星”功勋科学家中，彭桓武的名字最好地诠释着这个群体在学术圈内的声名卓著和学术圈外的默默无闻。从20世纪40年代末回国之后，他的名字与新中国在核反应堆、原子弹、氢弹、核潜艇和基础物理上的辉煌成就紧密地联系在一起。他是中国科学院近代物理研究所的建所人之一；他培养了中国第一批反应堆理论与反应堆计算人才；他是核潜艇动力方案的领导者；他领导和参加了原子弹设计方案的制定；他领导和参加了氢弹的原理设计和试验；他参加了中国第一次地下核试验的理论领导工作；他培养了周光召、黄祖洽等一大批中国原子能科学研究的中坚力量。但一直以来，彭桓武把自己隐藏在普通人群之中，被很多人看作一个“怪老头”，以致与他订交半个多世纪的挚友钱三强多次感叹：彭桓武默默地做了许多重要工作，但很少有人知道。著名生物化学家邹承鲁说：彭桓武先生才是真正的大家。

　　在集体协作帷幕后面的彭桓武，在献身中国核武器事业之前，就已经是师出名门、广受赞誉的年轻物理学家了。1938年，23岁的彭桓武考取中英庚款留学资格，来到爱丁堡大学，投师于德国理论物理学家,量子力学的奠基人之一马克斯•玻恩门下。彭桓武是玻恩的第一个中国学生。在玻恩的指导下，彭桓武于1940年和1945年分获爱丁堡大学哲学博士和科学博士学位。玻恩和爱因斯坦有着30多年的交谊。在给爱因斯坦的信中，玻恩数次提到这位得意的中国学生。1941年，经玻恩推荐，彭桓武前往爱尔兰都柏林高等研究所做博士后研究，在著名科学家埃尔温•薛定谔领导的理论物理所工作。不久，帮助量子化学的创始人之一W.海特勒进行介子理论方面的研究。

　　据《薛定谔传》，薛定谔在给爱因斯坦的一封信中这样描述彭桓武：简直不敢相信，这个年轻人学了那么多，知道那么多，理解得那么快。

　　1941年8月至1943年7月，彭桓武和海特勒、哈密顿合作，发表了一系列综合了介子场的若干成果，对宇宙线理解进行较系统的解释，称为HHP理论。HHP理论，是以三位作者姓名的头一个字母命名，其主要工作出自彭桓武。这一理论发展了量子跃迁几率的理论，用能谱强度首次解释了宇宙线的能量颁布和空间分布。在这个理论中已经出现了后来被称为戴森（Dyson）方程的方程。随着HHP理论名扬国际物理学界，彭桓武的名字也广为同行所知。当时身在法国的钱三强曾说，连我这个不搞理论的人都知道HHP理论，可见彭桓武他们这个工作在当时的名气。

　　1945年，彭桓武与玻恩因为关于场的量子力学与统计力学的一系列探索性工作，共同获爱丁堡皇家学会的麦克杜加尔-布列兹班奖。1948年，在薛定谔和海特勒的推荐下，彭桓武当选爱尔兰皇家科学院院士，时年33岁。当时，彭桓武已经回国，正执教于云南大学。直到中美建交后的70年代，彭桓武收到爱尔兰皇家科学院的院刊时，才知道自己30年前就已经是它的会员了。

　　1947年彭桓武代表云南大学前往比利时参加“大学教授会议”，之后，绕道法国巴黎看望钱三强、何泽慧夫妇。钱三强是彭桓武在清华大学物理系的同学，日后同被誉为中国原子弹的元勋。钱三强当时已经获得了博士学位，在巴黎大学居里实验室和法兰西学院原子核化学实验室从事原子核物理研究工作，是法兰西国家科学研究中心研究员和研究生导师。两人在1939年相识，并从此开始了长达半个世纪的友谊。那时候，美国已经在日本投了原子弹，彭桓武与钱三强心照不宣地相约：回祖国大干一场！当时的都柏林，找一个到中国的轮船座位十分困难。无奈之下，彭桓武写信请在英国海军部工作的一个科学家朋友布莱克特帮忙，在一条英国的运兵船上找了个舱位。

　　1949年，彭桓武回到北京，暂住在清华大学的老师叶企荪家，与先期到达这里的钱三强重逢。此后，两人共同筹建中国科学院近代物理研究所，发展原子能事业，培养科研人才。多年以后，当有人问起彭桓武，当年已在英国学术界有了极高的声誉与地位，为何还要选择回国时，彭桓武说：回国是不需要理由的，不回国才需要理由。