Bloembergen meninggalkan Belanda pada tahun 1945 untuk melanjutkan studi di Universitas Harvard. Enam minggu sebelum kedatangannya, profesor di sana Edward Purcell (bersama dengan mahasiswanya Torrey dan Pound) menemukan resonansi magnetik nuklir atau RMN. Bloembergen dipanggil untuk mengembangkan mesin RMN pertama. Selama di Harvard ia berinteraksi dengan Julian Schwinger, John Hasbrouck van Vleck dan Kemble. Tesisnya Nuclear Magnetic Relaxation diajukan di Leiden - di mana ia lulus kriteria kualifikasi - dan Harvard. Setelah penunjukan pascadoktoral yang singkat dengan C. J. Gorter di Belanda, ia bergabung ke Harvard dan diangkat sebagai staf muda Society of Fellows pada tahun 1949 dan lektor kepala pda tahun 1951.
