玻爾在獲得博士學位後，卡爾斯堡基金會給了他一次研究旅行的機會。當時物理學水平最高的大學當屬英國的劍橋大學和曼徹斯特大學。那裏聚集著許多有名的科學家，是當時物理學中心。玻爾慕名來到了劍橋大學，師從當時原子物理學“泰鬥”湯姆遜，希望能在他的指導下，在實驗室繼續進行他的電子理論的研究。然而湯姆遜對玻爾卻很不友好。據說，這是由於在第一次與湯姆遜見麵時，書生意氣的玻爾就操著他那夾雜著丹麥口音的很不流暢的英語，把他的博士論文中批評湯姆遜的地方指給湯姆遜看，湯姆遜看了後，心裏就在想：“這個不知天高地厚，嘴上無毛的小子，也膽敢在我麵前指手劃腳地談論什麼原子結構，說我的觀點不對，哼！想當初，我開始研究原子的時侯，你還沒出娘胎呢？”想到這裏，湯姆遜正想發作，但是，礙於他的英國紳士的麵子，隻是在鼻子裏重重地“哼”了一下。然而“傻乎乎”的玻爾對湯姆遜的意思毫無領會，繼續拿著他的論文大談特談。自此之後，湯姆遜對這位丹麥青年經常給予“特別照顧”。分配給能做的實驗與他的金屬電子方麵的研究毫無關係。對於玻爾辛辛苦苦花了很大心血所寫的論文，湯姆遜是“束之高閣”，不予理睬。對他的研究進展“不聞不問”，“裝聾作啞”。玻爾在丹麥時，一直是一帆風順，很受教授們的賞識，而到了劍橋卻倍受冷落，對他打擊不小。
由於在學術上看不到希望，玻爾著實心灰意冷，十分苦悶。1911年10月，曼徹斯特大學的盧瑟福到劍橋參加會議，他的言行深深地打動了玻爾，當即他就問能否轉學曼徹斯特。後來，在他亡父的朋友的幫助下，轉學到了曼徹斯特大學，投師在當時還不太有名的盧瑟福的門下。當時他在給他親愛的未婚妻瑪格麗特的一封信中寫道：“我想他們（指劍橋的人們）已經全部對我失去了信心，因為他們幹脆就無法理解我為什麼要離開劍橋。”
在劍橋，玻爾雖然倍受冷遇，但是對他的成長卻非常有益，在溫室中長大的禾苗是經不起風吹雨打的。他比以前成熟了許多，不再像以前那樣坦率地、尖銳地批評別人。這對以後玻爾能把許多有才華的青年入團結在自己的身邊，創建“哥本哈根精神”有很大的幫助。從20年代起，他和包括愛因斯坦在內的許多著名科學家都進行過針鋒相對的學術爭論，盡管他在觀點上寸土不讓，但是在措辭和語氣上一直是婉轉的、平和的、彬彬有禮的，從未出現過爭論得麵紅耳赤的情形。正因如此，玻爾很受別人的尊重，和他的對手往往保持著很親密的私人關係。