才华横溢的彭桓武在海外同人眼中因其自然洒脱而广受欢迎。海特勒后来在回忆都柏林高级研究院生活时说：“同事中最受热爱的一个是中国人彭桓武。”彭桓武也曾用“浪漫鲲鹏庄子梦，芬芳兰蕙屈原风”的诗句表达内心对自然洒脱的向往。

在报效祖国之时，彭恒武却是拳拳赤子，豪情尽显。在海外，他心中一直渴望着回到阔别多年的祖国。第二次世界大战一结束，他便和在法国的钱三强相约，回国后联合志同道合的人，让祖国借助原子时代的科学技术强盛起来。当时，回国的船票很紧张，凑巧彭桓武一个同学正在英军服务，于是他走英国海军的“后门”，于1947年底搭英国海军军舰踏上回国路。1948年，当爱尔兰皇家学会选他为会员时，彭桓武已经在云南大学执教了。

彭桓武说：“回国不需要理由，不回国才要理由，这是很自然的事情，学成归国嘛!”平静的语言显出豪迈的情怀，淡然与豪情在彭桓武身上得到了完美的统一。

1949年，彭桓武来到已经解放的北京。在叶企荪教授家里，他和钱三强重逢了。钱三强兴致勃勃地告诉彭桓武：“中央准备成立一个人民的科学院，如果我的意见被采纳，就能成立一个近代物理所。”

“这回，咱们可以干起来了!”彭桓武跃跃欲试。

彭桓武和钱三强商定，先从教育开始，解决物理学人才匮乏的问题。他回到母校清华大学，在国内第一次开设了正规的量子力学课程。1960年的夏天，苏联突然背信弃义，撕毁协议，撤走专家，致使我国的核武器研究陷入停滞。紧要关头，彭桓武毅然放弃已经熟悉的领域，走进核武器这个神秘的领域，全身心地投入到我国核武器的理论攻关中。回顾当年的心情，彭桓武坦然地说：“这件事情总要有人来做，国家需要我，我就来了。”

当初，彭桓武和王淦昌、郭永怀三位国内一流的科学家临危受命，到第二机械工业部核武器研究所紧急报到后不久，周总理在中南海西花厅亲切接见了他们。总理问：“彭桓武，你过去见过原子弹吗?”

“谁见过那玩意儿呀!”彭桓武用地道的东北话老实地答道。

“你以前懂不懂原子弹?”

“谁懂那玩意儿呀!”

“彭桓武呀，这可是严肃的政治任务呀!”总理提醒彭桓武。

虽然彭桓武的回答比较随意，其实在这随意的后面，他早已通过辛苦的付出作好扎实的准备和辛苦的付出。朱光亚曾说：“彭桓武没调来之前就开始出主意了，那时，我们经常到原子能所去找他请教……”

许多年后，当中国第一颗原子弹、氢弹在西北大漠震撼世界的时候，功勋卓著的彭桓武仍对总理的话记忆犹新：“我一直没有忘记那句话：‘这可是严肃的政治任务呀!’”

在核武器研究中，彭桓武负责的每项工作几乎都是开创性的。由于国外严格保密，核武器研究中许多重要的物理现象、规律以及计算方法都要依靠自己研究掌握。其细琐和艰难非常人可以想象。

彭桓武建议核武器理论的攻关者们每个星期一的上午召开专题研讨会。卓有成就的著名科学家和初出校门的后辈聚在一起，对难题“会诊”，各抒己见。他的淡然风格营造出积极的学术氛围，这里没有年龄与资历的差别，只有对科学真理的平等探讨。会议室的黑板上，是大伙儿疾思走笔的场所，一个个公式写上去又被擦掉，一个个计算结果得出后又被否定，谁有道理就听谁的。

洒脱自然的彭桓武从不以大科学家自居，始终平等待人。他一直认为，研制原子弹离不开集体的智慧和力量。他特别器重和喜爱年轻人，深知他们为计算每一个参数要付出多么大的努力。当发现年轻人在某些方面考虑不周时，他就提出自己的看法。他有时在黑板前写出一大串计算公式，启发年轻人的思路，还时常鼓励年轻人谈出自己的看法，并帮助从中发现有价值的东西。他运用强有力的理论手段把复杂的方程组予以简化，完成了原子弹反应过程的粗估计算，科学地划分了反应过程的各个阶段，提出了决定各反应过程特性的主要物理量，为掌握原子弹反应的基本规律与物理图像起了重要的作用。

当时，虽然国家尽量保证把仅有的科学院自制的电子计算机让他们使用，但计算尺和手摇计算机仍是“常规武器”。如此简陋的条件下，难题一个又一个被解开了。“穷人有穷人的办法，想了些窍门。” “整个过程中，数学计算没拖实验的后腿。”彭桓武这些看似简单的话语，又有多少豪情融于其中!

1963年3月，我国第一颗原子弹的理论方案宣告诞生。彭桓武主持的核武器理论设计也在后来获得国家自然科学奖一等奖。按照国家规定，一等奖的唯一的一枚金质奖章应授予名单中的第一位获奖者。但当所长给彭桓武送去这枚奖章时，他却执意推辞：“这是集体的功勋，不应由我一人独享。”“不，彭公，这是国家的规定，请您一定要收下。”略为思索之后，彭桓武接过了奖章：“好，既然这么说，我就先收下，”但是他接着说，“现在这枚奖章已经归我所有了，我就有权来处理它，请您带回去，就放在研究所，送给所有为这项事业贡献过力量的人们吧!”说着，彭桓武提起笔来，顺手撕下一张日历，写下这么两句话：“集体、集集体，日新、日日新。”

有人曾问起这件事，彭桓武说道：“我不是谦虚，是事实，我们的核武器完全是集体智慧的结晶。刚开始，没有谁懂得原子弹、氢弹，是靠集体智慧，集体攻关，集思广益，我们才攻破了一个又一个难关……”