加州理工学院古根海姆航空实验室 (GALCIT) 是一家成立于 1926 年的研究机构，最初专门从事航空研究。1930年，匈牙利科学家西奥多·冯·卡门 (Theodore von Kármán) 接受了实验室主任职务，并移居美国。 在他的领导下，火箭研究工作于1936年开始。GALCIT是第一个（也是1936年至1940年唯一的）大学火箭研究中心。
1936年初，在冯·卡门(von Kármán)研究生助理的帮助下，威廉·博莱 (William Bollay)、马利纳 (Malina) 和两名火箭爱好者 - Jack Parsons 和 Edward S. Forman—启动了 GALCIT 火箭研究项目。很快，两名GALCIT研究生加入了他们，钱学深和A.M.O.史密斯。十月，他们首次测试了气态氧-甲醇火箭发动机。他们使用了帕萨迪纳西部边缘的阿罗约塞科的一个区域，“距离现在的喷气推进实验室仅一箭之遥”。经过一系列测试后，他们于1937年1月在该地点最后一次测试了电机；它在75psi的腔室压力下运行了44秒。三月，时任加州理工学院天体物理实验室助理的韦尔德·阿诺德以摄影师的身份加入了该组织。使用二氧化氮作为氧化剂的电机测试是在 GALCIT 实验室进行的。该发动机的失火使该项目获得了“自杀小队”的绰号。1938年，史密斯前往道格拉斯飞机公司工作。阿诺德离开加州理工学院前往纽约。钱先生投入了更多的时间来完成他的博士学位。Malina、Parsons和Forman继续该项目。
1938年至1941年间，钱学森和冯·卡门多次合作，发表重要论文《可压缩流体的边界层》、《球面壳在外压下的屈曲》。
1943年秋起，钱任加州理工学院副教授。1943年，美军情报部门探知德军正在德国境内建立大规模的火箭发射基地，火速拨款成立加州理工学院喷气推进实验室（Jet Propulsion Laboratory，缩写为JPL），下设弹道、材料、喷气、结构四组。钱学森任喷气研究组组长，成为世界知名的火箭喷气推进专家。1944年冬，钱学森辞去在加州理工学院担任的各项职务，到华盛顿参加战争部科学顾问组。
1945年4月，美国战争部派遣以冯·卡门为首、团员包括钱学森在内的调查组，飞往盟军占领下的德国，询问德国火箭科学家。钱学森亲自询问德国火箭科学家包括沃纳·冯·布劳恩、鲁道夫·赫曼。冯·布朗应钱学森的要求，写出书面报告《德国液态火箭研究与展望》。钱学森还视察隐蔽在不伦瑞克市郊松林中德军机密的戈林空气动力学研究所和德国其他地方的风洞，撰写多份报告。冬，钱学森由助教晋升为副教授。
1946年发表论文《超等空气动力学，稀薄气体力学》，主编《喷气推进的新天地》论文集。
1946年8月，被麻省理工学院聘为副教授，辞去加州理工学院和喷气推进实验室所有职务。1947年5月，晋升为麻省理工学院正教授。在麻省理工学院期间，钱学森总共带了11个研究生，其中有2个博士生。
1949年10月中华人民共和国成立后，钱学森曾向美国移民局提出了入籍归化的申请。然而，除了前述以个人名义发表在《Aviation Week & Space Technology》的引文及其译文外，目前没有任何公开的关于钱学森曾申请入籍美国的书面文件；同时钱学森夫人蒋英表示钱不可能提出加入美国籍。由于当时冷战开始，加上1950年美国麦卡锡主义盛行，反共思想高涨，而联邦调查局又从美国共产党的文件中发现钱学森曾与周恩来特使接触，以及参加过共产党外围组织的一些活动，美方禁止其参加机密工作。钱学森无法继续他的研究。两星期后钱学森告知学校其去中国探亲之意愿，学校并无异议且愿意配合。但是当时海军部次长丹·A·金布尔知道后，认为以钱学森涉及美军机密工作之深，在当时中美苏关系恶劣状况之下，应设法劝阻其访中为宜。联邦调查局凭钱学森早年参加过的共产党组织社交餐会出席人士名单，指控他在入籍申请中故意否认曾加入共产党外围组织不报。司法部藉“伪证”罪吊销他的机密工作许可并将他驱逐出境。美国司法部于1950年8月30日起钱学森临时拘留在特米诺岛监狱里15天。由于加州理工学院的不懈努力和抗争，钱学森很快被取保候审。为了确保自己人身自由得到合法保障，钱学森重金聘请纽约市辩护律师格兰特·古柏（Grant Cooper）代表出庭，与美国移民局展开了长达5年的法庭斗争。金布尔知道司法部的行动后也表示震惊：“我的意思不是要逮捕他，太可怕了，他不是共产党，我们不应当监禁他。”“这是这个国家干过的最蠢的事。他不是共产党正如我不是共产党，而我们强迫他离开了。”
1951年4月26日，钱学森被禁止离开洛杉矶县。
钱学森的上诉案件直到1954年才被判败诉。在上诉五年期间，钱学森只能涉及一些基础学科的研究与教学。联调局认为钱学森所知的机密信息五年后就会变得过时而没有用处，于是将他驱逐出境。而他在这段时间里完成了工程控制论的研究。钱学森后来幽默地说，“不让我做研究，我会在这里（用手指头）发展”。在中美关系正常化后，钱获颁杰出校友奖受到加州理工学院邀请。该奖项后于2001年由加州理工学院好友法兰克·马波（Frank E. Marble）教授及夫人送达钱学森家中（马波教授于1955年钱学森离美时亲自去洛杉矶港口送行，而钱也在离开美国的时候发誓再也不来美国）。《航空周刊》在提名钱学森为2007年度风云人物时的专文，对这段历史的记述也大致吻合。
早在1949年5月14日，在香港从事秘密联络工作的曹日昌（中共党员、香港大学教授）给钱学森写了封信，通过葛庭燧（留美中国科学工作者协会美中区负责人）寄给钱学森。曹日昌在信中以“北方工业主管人”的名义邀钱学森回国到东北或华北领导“航空工业”的建立。
1954年6月，中美两国政府开始在日内瓦双边会谈中作一般性初步探讨让双方在各自领土的对方公民都应被允许回到自己的祖国。直至1955年6月，美国国务卿杜勒斯与艾森豪威尔总统举行会谈，就战俘、平民回国等问题进行磋商。艾森豪威尔总统说：“我认为，我们应该让所有的中国人都回去”，因为“他们所掌握的信息现在已不是我们所想象的那样有价值了”。加上这时美国国防部改变他们早前的反对，在报告指出：“现在看来，他（钱学森）那个时候掌握的涉密信息可能被最新研究所超越，并且这些信息在苏联阵营看来也可能成为基本常识”。艾森豪威总统表示同意国防部释放他们的决定。这样，关于钱学森回国，在当时美国总统艾森豪威尔亲自过问下最终原则上批准了。8月4日，美国移民归化局洛杉矶分局局长艾伯特·德尔·古尔丘签署了同意钱学森归国的正式通知。
1954年9月17日，钱学森登上了美国总统轮船公司（American President Lines）的克利夫兰总统号（SS Pres. Cleveland，以格罗弗·克利夫兰命名），当时加州理工学院院长杜布里奇虽然并没有到码头上送行，但是他却说了一句意味深长的话：“钱学森回国绝不是去种苹果树的。”钱学森当时与后来成为运筹学家的许国志同船，10月8日抵达香港后从九龙车站前往中国深圳，当晚抵达广州，10月12日至26日在上海停留，于10月28日抵达北京。
https://en-m-wikipedia-org.translate.goog/wiki/Guggenheim_Aeronautical_Laboratory
https://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%92%B1%E5%AD%A6%E6%A3%AE