A második világháború alatt az MIT Sugárzási Laboratóriumában dolgozott, elméleti támogatást nyújtva a radar fejlesztéséhez. Megpróbálta magfizikusi tudását alkalmazni az elektromágneses mérnöki problémákra, és a nukleáris szórással kapcsolatos eredményekre jutott. Később alkalmazni kezdte a sugárzások megértése terén elért eredményeit a kvantumfizika területén.
A háború után a Purdue-ról a Harvard Egyetemre ment, ahol 1945-től 1974-ig tanított. Ezalatt az idő alatt kifejlesztette a renormálás elméletét, ami megmagyarázta az elektron mágneses térbeli Lamb-eltolódását. Rájött, hogy többféle neutrínónak kell léteznie, ami a különféle leptonokhoz, mint az elektron és a müon, kapcsolhatók. Kísérletileg ezt jóval később igazolták.
Késői éveiben, bosszankodva a részecskefizika más magyarázatainak komplexitásán, Schwinger kifejlesztette a forráselméletet, ami a gravitonokat, fotonokat és más részecskéket egyforma módon kezeli. 1972-ben otthagyta a Harvardot egy másik állásért (University of California, Los Angeles) ahol folytatta a forráselméleti munkáját haláláig. Itt nagyszerű előadói és témavezetői örökséget hagyott maga után.
Hidegfúzió
1989 után élénken érdeklődni kezdett a sokat vitatott hidegfúzió felfedezése iránt. Nyolc elméleti cikket írt róla. Úgy gondolta, az Amerikai Fizikai Társaság annyira elfogult a témával szemben, hogy lemondott tagságáról tiltakozásképpen. Úgy érezte, a hidegfúziós kutatásokat elnyomják, és sérül a kutatói szabadság. Ezt írta: „A nyomás az alkalmazkodás irányában óriási. Tapasztaltam ezt a beküldött cikkeknek a szerkesztők általi elutasításában, amit névtelen bírálók epés kritikájára alapoztak. A részrehajlás nélküli bírálatnak cenzúrával való helyettesítése a tudomány halála lesz.”
