玻尔在获得博士学位后，卡尔斯堡基金会给了他一次研究旅行的机会。当时物理学水平最高的大学当属英国的剑桥大学和曼彻斯特大学。那里聚集着许多有名的科学家，是当时物理学中心。玻尔慕名来到了剑桥大学，师从当时原子物理学“泰斗”汤姆逊，希望能在他的指导下，在实验室继续进行他的电子理论的研究。然而汤姆逊对玻尔却很不友好。据说，这是由于在第一次与汤姆逊见面时，书生意气的玻尔就操着他那夹杂着丹麦口音的很不流畅的英语，把他的博士论文中批评汤姆逊的地方指给汤姆逊看，汤姆逊看了后，心里就在想：“这个不知天高地厚，嘴上无毛的小子，也胆敢在我面前指手划脚地谈论什么原子结构，说我的观点不对，哼！想当初，我开始研究原子的时侯，你还没出娘胎呢？”想到这里，汤姆逊正想发作，但是，碍于他的英国绅士的面子，只是在鼻子里重重地“哼”了一下。然而“傻乎乎”的玻尔对汤姆逊的意思毫无领会，继续拿着他的论文大谈特谈。自此之后，汤姆逊对这位丹麦青年经常给予“特别照顾”。分配给能做的实验与他的金属电子方面的研究毫无关系。对于玻尔辛辛苦苦花了很大心血所写的论文，汤姆逊是“束之高阁”，不予理睬。对他的研究进展“不闻不问”，“装聋作哑”。玻尔在丹麦时，一直是一帆风顺，很受教授们的赏识，而到了剑桥却倍受冷落，对他打击不小。
由于在学术上看不到希望，玻尔着实心灰意冷，十分苦闷。1911年10月，曼彻斯特大学的卢瑟福到剑桥参加会议，他的言行深深地打动了玻尔，当即他就问能否转学曼彻斯特。后来，在他亡父的朋友的帮助下，转学到了曼彻斯特大学，投师在当时还不太有名的卢瑟福的门下。当时他在给他亲爱的未婚妻玛格丽特的一封信中写道：“我想他们（指剑桥的人们）已经全部对我失去了信心，因为他们干脆就无法理解我为什么要离开剑桥。”
在剑桥，玻尔虽然倍受冷遇，但是对他的成长却非常有益，在温室中长大的禾苗是经不起风吹雨打的。他比以前成熟了许多，不再像以前那样坦率地、尖锐地批评别人。这对以后玻尔能把许多有才华的青年入团结在自己的身边，创建“哥本哈根精神”有很大的帮助。从20年代起，他和包括爱因斯坦在内的许多著名科学家都进行过针锋相对的学术争论，尽管他在观点上寸土不让，但是在措辞和语气上一直是婉转的、平和的、彬彬有礼的，从未出现过争论得面红耳赤的情形。正因如此，玻尔很受别人的尊重，和他的对手往往保持着很亲密的私人关系。
