為了使他學到更多的東西，１８５０年，父親讓他出國考察學習。兩年的時間裏，他先後去過德國、法國、意大利和美國。由於他善於觀察、認真學習，知識迅速積累。很快成為一名精通多種語言的學者和有著科學訓練的科學家。回國後，在工廠的實踐訓練中，他考察了許多生產流程，不僅增添了許多的實用技術，還熟悉了工廠的生產和管理。
就這樣，在曆經了坎坷磨難之後，沒有正式學曆的諾貝爾，終於靠刻苦、持久的自學，逐步成長為一個科學家和發明家。
１８５６年，諾貝爾的父親把他和兩個哥哥留在俄國管理工廠，自己帶上其他家人回國了。諾貝爾的兩個哥哥致力於企業的複興，而諾貝爾則全力以赴地投入了他所心愛的發明創造。僅僅兩年多的時間裏，他就完成了三項發明：氣體計量儀、液體計量儀和改良型的液體壓力計，這三項發明都取得了專利。盡管這些發明不太重要，但是它鼓舞了諾貝爾的信心，他決心以更大的熱情投入新的發明創造。多年隨父親研究炸藥的經曆，也使他的興趣很快從機械方麵轉到應用化學方麵。
早在１８４７年，意大利的索伯萊格就發明了一種烈性炸藥，叫硝化甘油。它的爆炸力是曆史上任何炸藥所不能比擬的。但是這種炸藥極不安全，稍不留神，就會使操作人員粉身碎骨。許多人因為意外的爆炸事件而血肉橫飛，連屍體也找不到。諾貝爾決心把這種烈性炸藥改造成安全炸藥。１８６２年夏天，他開始了對硝化甘油的研究。這是一個充滿危險和犧牲的艱苦曆程。死亡時刻都在陪伴著他。有一次進行炸藥實驗時發生了爆炸事件，實驗室被炸的無影無蹤，５個助手全部犧牲，連他最小的弟弟也未能幸免。這次驚人的爆炸事故，使諾貝爾的父親受到了十分沉重的打擊，沒有多久就去世了。他的鄰居們出於恐懼，也紛紛向政府控告諾貝爾，此後，政府不準諾貝爾在市內進行實驗。但是，諾貝爾百折不撓，他把實驗室搬到市郊湖中的一艘船上繼續實驗。經過長期的研究，他終於發現了一種非常容易引起爆炸的物質——雷酸汞，他用雷酸汞做成炸藥的引爆物，成功地解決了炸藥的引爆問題，這就是雷管的發明。它是諾貝爾科學道路上的一次重大突破。
諾貝爾發明雷管的時候，正是歐洲工業革命的高潮期。礦山開發、河道挖掘、鐵路修建及隧道的開鑿，都需要大量的烈性炸藥，硝化甘油炸藥的問世受到了普遍的歡迎。諾貝爾在瑞典建成了世界上第一座硝化甘油工廠，隨後又在國外建立了生產炸藥的合資公司。但是，這種炸藥本身仍有許多不完善之處。存放時間一長就會分解，強烈的振動也會引起爆炸。在運輸和貯藏的過程中曾經發生了許多事故，針對這些情況，瑞典和其他國家的政府發布了許多禁令，禁止任何人運輸諾貝爾發明的炸藥，並明確提出要追究諾貝爾的法律責任。麵對這些考驗，諾貝爾沒有被嚇倒，他又在反複研究的基礎上，發明了以矽藻土為吸收劑的安全炸藥，這種被稱為黃色炸藥的安全炸藥，在火燒和錘擊下都表現出極大的安全性。這使人們對諾貝爾的炸藥完全解除了疑慮，諾貝爾再度獲得了信譽，炸藥工業也很快地獲得了發展。
在安全炸藥研製成功的基礎上，諾貝爾又在法國開始了對舊炸藥的改良和新炸藥的生產研究。兩年以後，一種以火藥棉和硝化甘油混合的新型膠質炸藥研製成功。這種新型炸藥不僅有高度的爆炸力，而且更加安全，既可以在熱輥子間碾壓，也可以在熱氣下壓製成條繩狀。膠質炸藥的發明在科學技術界受到了普遍的重視。諾貝爾在已經取得的成績麵前沒有停步，當他獲知無煙火藥的優越性後，又投入了混合無煙火藥的研製，並在不長的時間裏研製出了新型的無煙火藥。
諾貝爾一生的發明非常多，僅是獲得的專利就有２５５種，其中僅炸藥就達１２９種。他的發明興趣不僅限於炸藥，作為發明家、科學家，他有著豐富的想象力和不屈不撓的毅力。他曾經研究過合成橡膠、人造絲，做過改進唱片、電話、電池、電燈零部件等方麵的實驗，還試圖合成寶石。盡管與炸藥的研究相比，這些研究的成果不是很大，但是他那勇於探索的精神卻為後人留下了深刻的印象。