婚后王承书不忘初心想从事理科类工作，却听到一些令她身心劳累的言语。好在丈夫张文裕深知妻子的抱负，也知道多一个人才对中国的重要性，便与妻子约定有机会就出国深造，全力支持王承书的选择。1940年，王承书收到谢玉铭教授的信。谢教授告诉她，美国密歇根大学有一笔专门给亚洲有志女青年留学的“巴伯奖学金”，并表示愿意做她的推荐人。在得知“巴伯奖学金”有一项不给已婚妇女的规定后，王承书写信给该奖学金委员会，如实相告自身实情，并认为女子能否干事业，绝不是靠已婚和未婚来裁定的。

1941年，王承书收到密歇根大学的录取通知书后，便以“巴伯奖学金”为经济来源出国深造，最初曾因民族身份在外国受到阻碍，此事给她留下深刻印象。在物理系学习的王承书师从G. E.乌伦贝克，乌伦贝克 (George Eugene Uhlenbeck，1900—1988)是20世纪杰出的物理学家，被称为“没有得过诺贝尔奖的诺贝尔奖获得者”。乌伦贝克不仅自身具有极强的“学品”，年仅25岁时就以发现电子自旋而闻名学界，而且他极其爱才，不以民族和性别为由歧视学生，具有极高的 “师品”。在王承书回国后，乌伦贝克将王承书在美期间未发表的重要科研论文与报告修改后，以王承书的名字发表，并肯定其研究成果。从中不仅知道王承书科研能力之强，也看出乌伦贝克是一位具有平等与博爱思想的良师益友。

20世纪初，统计物理学逐渐分为描述物质平衡态和非平衡态的两个研究方向。而王承书主要从事气体分子运动论 (kinetic theory of gases，现订名为气体动理学理论，简称为气体动理论)的研究，是早期参与非平衡态统计物理研究工作并取得成就的中国人之一。

当时王承书的一些科研成果为研究报告，没有对外发表，后来导师乌伦贝克在 Studies in Statistical Physics 丛书中代她发表。王承书的研究成果具有极高的科研价值，如其在1951年就提出的“WCU equation (王承书—乌伦贝克方程)”一经发表便引起科学界的重视与探讨，现已成为国内外气体输运理论的经典篇章，在气体运动研究和原子分子物理研究等领域广泛应用。著名物理学家吴有训曾说要让更多的效应与规律以中国人的名字命名，而王承书在当时民族与女性身份的双重打压下，仍然做到了，证明了中国人在艰苦奋斗中的坚强不屈。后清华大学应纯同教授通过多年收集王承书气体运动论的相关著作，终将其译成《气体运动论——王承书论文选集》^[4]一书。

1963年初，中央批准了原子弹爆炸试验的“两年规划”，这意味着气体扩散工厂要提前获得高浓缩铀产品。当时工厂面临着一系列理论与技术生产问题，要得到高浓缩铀就必须启动气体扩散工厂，而要解决如何启动、衔接上千台机器等关键问题，就必须要有绝对可靠的级联计算方案。对此，二机部派出王承书小组负责解决级联理论计算问题，以便提出新的启动方案。王承书指导研究人员分批启动运行的理论计算工作，当时为了用上我国仅有的一台每秒15万次电子计算机，王承书小组人员经常在后半夜或节假日去计算。为了让推导与计算过程更准确，王承书等人坚持验算级联的静态与稳态过程的计算结果，并要计算出上千台机器中各批级联的丰度平衡时间等结果。由于王承书力气较小，不能左手敲键和右手列算式，她只能将右手中指压在食指上，用力敲键后再拿笔记下结果。即使在这样劳累的情况下，王承书对于电子计算机的几十箱计算纸条也要全部过目审核。

当时若按苏联专家留下的“9批启动7批取的产品方案”进行，所需时间337天，无法提前获得高浓缩铀产品。因而王承书等人对启动方案进行深入的分析与研究，先后计算了成百个稳态和上千个动态运行方案，并强调要循序渐进地进行试验演习，避免操作失误，要打有把握的仗。最终相关人员提出“9批启动5批取的产品方案”，王承书等人论证可行后，向二机部提交此新方案。新方案的执行比原方案节省了113天，为首次核试验提供了装料和时间保障。1964年1月14日，气体扩散工厂的人员最终获得了丰度在90%以上的高浓铀-235。王承书带领成员提前完成任务，为我国第一颗原子弹提供了至关重要的原料，加快了原子弹的研究进展。后该研究成果《504厂级联9批启动方案计算》获得1978年全国科学大会奖，王承书为第一获奖人。

1964年初，我国决定筹建铀同位素分离研究所，并任命王承书为大型国产浓缩铀扩散机的总设计师，钱皋韵和李铭阁为副总设计师。“文革”时期，王承书等专家的领导权被夺，我国大型气体扩散机的研制过程受到阻碍，部分人员在工作中出“浮夸风”现象。对此，王承书敢于质疑并向上级提出先用半年时间来试验再决定。事实证明王承书的严谨是对的，她深知以当时的经济处境，要把国家的钱花在刀刃上，不能急功近利。在新型机器的研制中，王承书带领小组解决了扩散级联运行中出现的“大偏移”问题，强调理论要结合实际生产，分析贫料丰度对分离功价格的影响，选择最佳贫料丰度范围，提高级联效率，降低产品成本。王承书小组的研究项目《扩散级联经济性分析研究》为我国发展气体扩散事业提供参考数据，后获1978年全国科学大会奖，王承书为第一获奖人。

当发现国内理论研究仍较落后，王承书便进入科研领域，率先提出激光分离铀同位素的理论研究。此外，她敏锐察觉到一些国家在铀同位素分离的生产工业中使用离心分离法，便开始推动离心法进行工业应用的基础研究，点燃科研的“小火苗”，为我国奠定了铀同位素分离理论研究的基础。1978年，王承书调离了科研一线，可以参加一些公开会议，但不发表学术论文。1980 年，王承书当选中国科学院学部委员(后改称院士)。

1992年，张文裕院士逝世后，王承书以丈夫之名，将他们省下的10万元时代巨款捐出。1994年6月18日，王承书院士因病在北京逝世，而她的“希望火苗”文裕小学则留了下来。

李大钊先生^[7]认为，20世纪是被压迫阶级的解放时代，亦是妇女的解放时代；是妇女寻觅伊们的时代，亦是男子发现妇女意义的时代。面对时代的压迫，王承书选择觉醒奋斗，后又为发展我国核物理事业隐姓埋名，以致其鲜为人知。其学生段存华(原轻工业部副部长)曾说：“她在乎这个吗？她最不在乎这个了，但我在乎。没有她，我们至今还是瞎子^[8]。”现如今，科教工作者都需要继承和传播王承书“参加铺平道路、创造条件的行列”的思想！诚如王竹溪院士称王承书为先生，在时代思想与精神中，纵观王承书的一生，她当之无愧；在科研与教育领域，作为女性科学家，她实至名归！