Після того, як Адольф Гітлер став канцлером Німеччини в січні 1933 року, Німеччина стала небезпечною для євреїв, і Теллер виїхав з країни за допомогою Міжнародного комітету порятунку[7]. 1934 року отримав Рокфеллерівську стипендію, працював у Нільса Бора в Данії. 1935 року емігрував до США. У 1935—1941 роках працював професором фізики університету Джорджа Вашингтона разом з Георгієм Гамовим[8].
1941 року, отримавши американське громадянство, увійшов до складу дослідницької групи зі створення атомної бомби (працював у Колумбійському та Чиказькому університетах, а також у Лос-Аламоській лабораторії). У 1946—1952 роках Теллер — професор Чиказького університету, в 1953—1975 роках — професор Каліфорнійського університету в Берклі, з 1954 року — директор щойно організованої Ліверморської радіаційної лабораторії ім. Лоуренса при Каліфорнійському університеті. Керівник програми зі створення водневої бомби (перше її випробування пройшло на Маршаллових островах 1 листопада 1952 року). З 1955 по 1958 рік Теллер був членом генерального консультативного комітету Комісії з атомної енергії США.
Теллер належав до тих американських вчених, які наполягали на необхідності забезпечення пріоритету США у сфері ядерних озброєнь. Він був проти заборони ядерних випробувань у трьох середовищах, виступав за створення ефективніших і дешевих видів атомної зброї, що вражала б ціль з мінімальним випадінням радіоактивних опадів, за розгортання лазерної зброї в космосі.
Крім робіт, пов'язаних з атомним озброєнням, Теллер займався дослідженнями в області квантової механіки, ядерної фізики, спектроскопії багатоатомних молекул, фізичної хімії, фізики космічних променів та елементарних частинок. Спільно з Джорджем Гамовим в 1936 році сформулював правило відбору при β-розпаді, вніс внесок у теорію ядерних взаємодій. Незалежно від інших в 1947 році довів існування мезоатомів. Спільно з Морісом Гольдхабером в 1948 році передбачив резонансне розсіювання на ядрах (гігантський резонанс).
У 1962 році Теллер був удостоєний премії Енріко Фермі «за внесок у хімічну та ядерну фізику, за керівництво дослідженнями в області термоядерного синтезу і за зусилля щодо зміцнення національної безпеки». У 1975 році залишив посаду професора Каліфорнійського університету. У 1982 році виступив ініціатором проєкту стратегічної оборонної ініціативи (СОІ).