·喇曼。洛伦兹已经获得了诺贝尔物理学奖；玻恩、夫兰克和喇曼最终将各自获得诺贝尔物理学奖。在鲍林的研究生时代，加州理工学院是美国学习新物理学的最佳场所。
要学习量子理论，鲍林必须懂得量子理论赖以栖身的高深数学。他一头扎进在加州理工学院开设的所有数学课和研讨会：高等微积分、矢量分析、积分方程、复分析和场论。数学作为一种工具是不错的，“但是我从来没能喜欢上它，”鲍林回忆道。“数学家试图建立一种完全符合逻辑的论断过程，首先提出几个假设，然后从这些假设推出所有的数学公式。数学家试图精确地求证，而我对精确从来就不太感兴趣。”
他的兴趣在于用数学这一武器来解决他认为更为有趣的问题：鲍林靠自己过人的记忆力在大脑中建立了三个浩瀚的图书馆：一个是传统化学图书馆，主要是在俄勒冈农学院期间收集的；一个是从X射线研究中积累的原子大小、化学键距离和晶体结构的资料；第三个是数学公式和量子物理学论断。当他的研究生学习临近结束时，在托尔曼的影响下，鲍林在这三方面的兴趣开始融合成新的思想：鲍林最初的理论。
这一过程是从几个方面同时发生的。1924年末，诺伊斯让鲍林修改他准备发表的几篇论文。对于一个硕士研究生而言，这不啻于一种荣耀，特别是鲍林此时正师从于另一位教授。诺伊斯对带电的原子或离子在溶液中的形态极有兴趣，他的论文是对彼得·德拜和欧内斯特·胡克尔关于稀释的离子溶液的新理论提出的商榷。对“亚瑟王”的尊敬并没有妨碍鲍林提出直率的评论。“我发现（在诺伊斯的草稿中）许多地方值得商榷，而且我指出，诺伊斯的有些说法并不真正符合理论，他随即作了修改，”鲍林回忆说。之后，鲍林运用诺伊斯的论文作为他本人理论的基础。“我想为什么不更上一层楼呢，难道不可以把这一理论推广到浓缩液上吗？”
鲍林埋头工作了几个月，系统地提出了自己关于浓缩离子溶液的理论，并把论文呈交给诺伊斯审阅。诺伊斯恰巧邀请德拜于1925年春天访问帕萨迪纳，正好安排鲍林自己向德拜提交论文。当时德拜传奇式的科学生涯正处于巅峰状态。他出生于荷兰，放弃了自己的电机工程专业而转攻物理，在慕尼黑索末菲手下获得博士学位，然后接替爱因斯坦出任苏黎世理论物理教授。但是德拜的研究兴趣在于化学。他发现了一种测定分子极性的方法，从而确立了自己的声誉（一头带正电、一头带负电的分子是有极的，或被称为有偶极矩；多年以来测量仍极矩的单位都被称为德拜）。他是最早认识到X射线晶体学巨大潜力的科学家，也是首批运用这种方法来研究粉状固体和整块晶体的人。甚至在他1923年发表稀释离子溶液理论之前，密立根已经决定邀请德拜来加州理工学院任教。德拜婉言谢绝了。四年后，当他来到帕萨迪纳访问之时，他已经牢固树立起世界上最伟大的物理化学家之一的地位。
鲍林紧张地站在包括诺伊斯、托尔曼和德拜等人的一小群科学家面前，用了两个小时向他们详细介绍了自己的新理论。说完之后，房间里一片令人难堪的沉寂。托尔曼首先打破沉默，提了几点保留意见，随后大家就散了。德拜一声不吭。鲍林最终了解到问题出在他的数学公式上。他对此问题的回答从物理角度来说是相当有力的，但是支持论点的数学公式难以令人满意；他过多地作了没有根据的假设。他在这一理论上又花了两年时间，但是最后托尔曼与数学教授哈利·贝特曼对其计算结果的不断质疑迫使他放弃了努力。鲍林写信给诺伊斯说：“我处理问题的方法是物理的、直觉的，而非数学的、精确的，……我已经认识到，即便我相信自己是正确的，如果我不能驳回批评意见，就不应该发表论文。”这一经历带来了苦涩的遗憾。鲍林知道自己的道路是正确的；他感觉得到这一点。
德拜还是相当赏识鲍林的。在帕萨迪纳访问期间，他邀请鲍林帮他一同研究其他问题。他建议鲍林研究一下一个液滴在另一个液滴中状态的变化，鲍林努力工作了几星期，但一无所获。之后他们又共同研究了磁场对稀释离子溶液的影响；研究成果在1925年发表。
与本领域内最杰出的一名科学家合作写一篇论文，对鲍林而言，这是一项了不起的成就。不过，这并不是他唯一的工作。他的思想时常会游离到别的地方。有一个时候他甚至写下了一些想法，试图在德拜一胡克尔理论与白矮星之间建立起一种联系。他还开始与托尔曼合作研究另一个完全不同的理论问题，这是鲍林提出的，涉及过冷液体在绝对零度的残嫡。这一想法最初是由鲍林提出的；他以“并非十分复杂的形式‘响托尔曼提出这一命题，后者指导他进一步阅读其他论文以获得更多的背景知识。在鲍林完成第一稿后，托尔曼问他这篇合作论文应按何种次序署名。显然这个年轻人还需要更好地理解尊重导师这一点。他说，既然原始思想是他提出的，他应该是第一作者。这一观点很有道理——提出原始思想的人应该有优先权——托尔曼同意了，也许对自己弟子的冲动鲁莽还感到有些好笑。许多年后，当鲍林回想起这件事情时说道：”那时我不太习惯考虑别人，更多地是想到自己。“
托尔曼日后将在鲍林身上发现更多的这种倾向，他的态度也将最终由好笑变为冷峻。他们再也没有合作过一篇论文。甚至后来当鲍林成为托尔曼的系主任时，他也从来不称呼托尔曼为“理查德”，而总是“托尔曼教授”。不过托尔曼毕竟是鲍林成长过程中一个重要的角色。鲍林后来感谢迪金森传授给了他细致的实验工作技巧，但是托尔曼将他引入了由量子物理学家最初发现而为化学家开创的更广阔的科学领域中，可以说托尔曼发挥了更为关键的作用。“我的许多老师都是极其出色的，但是托尔曼对我事业的影响超过了其他任何人，”鲍林这样说。
诺伊斯就不同了。鲍林从没有认为诺伊斯像托尔曼和迪金森那样影响了自己在科学事业上的发展，尽管诺伊斯是最终负责指导他研究生学习的人。这种态度一方面是由于他们科学兴趣的不同。鲍林不无轻蔑地把诺伊斯的热力学称为“黑盒子”，化学家只管往里输入数据，得到结果而并不知晓为什么，而且诺伊斯从来没有像鲍林那样能够熟练地运用量子理论这种新方法来研究化学问题。鲍林还认为诺伊斯在为化学系谈判的时候态度不够坚决。最后，鲍林喜欢“男子汉”，而诺伊斯在某些方面太浪漫、太谨慎、太女性化。（并不单是鲍林有这种看法；他记得托尔曼就曾称诺伊斯为“老处女”。）至少在鲍林一方，他与诺伊斯保持着距离。
但是诺伊斯对鲍林抱有越来越大的希望。他看着这位天才青年在极短的时间里就掌握了复杂的X射线晶体学。他看着他在迪金森外出访学时掌管实验室。他看着鲍林毫不客气地质询德拜的理论，然后又改弦易辙与他愉快地合作。他看着鲍林在实验和理论两方面都取得了成功——对一个研究生而言这是不同一般的成就。1925年，诺伊斯给了鲍林最后一次考验，要他指导十几个本科生进行一些创新的研究——这是诺伊斯让未来化学家尽早接触实验室计划的又一组成部分。在这项工作中，鲍林又一次获得了成功。本科生们干得相当不错，其中一名一年级新生埃德温·麦克米伦还与鲍林合作写了一篇论文。（麦克米伦后来赢得了诺贝尔化学奖——先于鲍林。）
到了研究生三年级，鲍林在教室和实验室里表现出来的独立思维和动手能力给诺伊斯以及加州理工学院的所有人都留下了深刻的印象。他把以前发表过的五篇论文汇集为一篇博士论文，题目是“用X射线确定晶体结构”，并在1925年6月获得了化学博士学位，辅修物理和数学。
鲍林的出色表现源出于他的勤奋。他记得在加州理工学院第一年的日程安排：“我想，我一周上45个小时的课（在某些大学里算15个学时），主要是高等物理和数学课程。后来系里规定兼课的研究生只能上30小时的课。另外我还花大量时间进行研究。晚饭后我就回到实验室，一直工作到大约晚上11点。周六和周日我总是全天工作。”
他第一年的室友埃米特记得，鲍林的工作比他说的还要多。他们合用一张床，轮流睡觉。照埃米特的说法，鲍林总是凌晨3点从实验室回来，那时埃米特正好起床开始学习。
每天晚上在实验室里，鲍林都要给爱娃·海伦写一封信。绵绵书信缩短了他们之间的距离，鲍林发现自己非常想念爱娃。不出几个月，他们就决定不再等待，也不顾双方家长的反对，在鲍林入学的第一年底结婚。
1923年春天，鲍林花50美元买下了迪金森用了七年的T型福特车，在街上转了几圈算是学会了驾驶。6月，他一路北上俄勒冈参加婚礼。“我原打算天黑就休息，”他回忆说，“但是我急切地想早日回到俄勒冈，所以就想，为什么不一直开下去呢？”半夜时分，鲍林驾着旧车在西斯基由山脉的崎岖山路上疾驰。为了让头灯发光，他得保持高速行驶，不小心一下子把车开进了路边的一个大坑。车最终停了下来，人也被颠倒了过来，一块车顶支架的碎木片还扎进了他的大腿。他挣扎着爬了出来，包扎了伤口，熬了一夜等待别人来救援。第二天一早，救援的人终于来了。刚把车修好，他又上路了，回到家刚好赶上婚礼。
婚礼在塞勒姆爱娃的姐姐家中举行。这是一个小型的家庭婚典，双方母亲都暂时把不悦放在一边参加了。鲍林高中时的朋友杰夫列斯是他的男傧相。在俄勒冈小镇科瓦利斯度过了一天的蜜月之后，鲍林又开始了暑期打工，还是测试铺路材料。新婚夫妇先在波特兰与鲍林的母亲一起生活，爱娃尽量地讨好贝莉——但她从未完全成功过。随后她又和鲍林一路追随筑路工人穿行于华盛顿州和俄勒冈州，每到一地都住在临时租来的房子里。
爱娃的才智早就打动了鲍林。比如鲍林在加州理工学院写给爱娃的一封信中提到泡菜中含有醋酸；她回信说：“谁都知道泡菜中没有醋酸，而是乳酸。”指出以前的教授在他本人专业中的错误是需要有勇气的，而且这类情况以后还会发生。一天工作下来，为了打发时间，鲍林翻开一本从当地图书馆借来的智力测试书，与妻子一起解答其中的问题。“我吃惊不小，”多年以后，在一次与爱娃同时接受采访时他说道，“我发现自己的新娘解数学题的速度比我还快，而且在多数场合答案比我的要正确。后来我想幸好没有在结婚前就发现这本书……不然可能会影响我的虚荣心。”
“你指的是伤害你的自尊心吧，”爱娃回答。
1923年秋天，鲍林把新娘带到了加州理工学院，搬进了校园边的一套小公寓。鲍林又恢复了老的工作习惯，选修了许多课程并把大多数晚上和周末都扑在实验室里。爱娃把一部分时间用来盘算如何用微薄的研究生津贴来维持生活，另一部分时间用来设法与辛勤工作的丈夫呆在一起。她精力旺盛，静不下心在家等鲍林结束一天的工作回来。她同鲍林一同上学，陪他听周五晚上的物理讲座，在实验室里帮忙，帮他做晶体模型，描绘球心投影，帮他计算公式，还在实验室纪录本上听写鲍林读出的衍射测量数据。鲍林在1923年的实验室纪录本上随处可见爱娃的手迹，包括在一页顶端写的“我爱你”。在实验室工作是和自己丈夫在一起的一种方式——可能也是唯一方式——而且这也让爱娃得以熟悉他的工作和专用词汇。她需要这些知识，以便和丈夫谈论他最感兴趣的话题。她不应该妨碍鲍林对工作的乐趣，妨碍他获取成功的抱负，她同样也不允许这一雄心将他俩分隔开来。
不过，工作并非唯一的生活内容。鲍林夫妇一同去听音乐会，去看电影，与迪金森一家野营，一同去海边。他们的第一个孩子是男孩，取名小莱纳斯，诞生于1925年3月10日。他们甚至还一同密谋，帮助鲍林的旧时朋友杰夫列斯与一位父母不赞成其婚事的姑娘秘密举行了婚礼。当时杰夫列斯正在伯克利攻读心理学硕士，鲍林夫妇时常去那儿拜访他。
1924年，鲍林又一次访问加州大学伯克利分校。他来到化学学院，把自己介绍给了路易斯。后者关于原子分享电子对形成化学键的论文曾经给了鲍林非常深刻的影响。路易斯当时不到50岁，正处于科学创造与个人权威的巅峰。自从1912年离开诺伊斯来到伯克利开设化学系之后，路易斯在科学研究和学术管理两方面都表现出了杰出才能。1923年，也就是鲍林首次拜访他之前不久，他刚出版了一本热力学经典教材（路易斯在推广现在早已被人们广泛接受的自由能概念方面功不可没），而且还撰写了一本总结其他原子分享电子对的思想，是一本具有巨大影响的专着。在校方的支持下，路易斯在过去十年中重组并扩大了伯克利的化学系，使其成为全国最有影响的基础科学研究机构。
尽管诺伊斯和路易斯两人同是美国物理化学方面的领袖，而。且家庭背景相似——两人都是17世纪移居美国的英国人后裔，两人的父亲都是具有学者思维的律师——然而两人在其他方面可谓是迥然相异的一对。诺伊斯生长于新英格兰，浸润在清教徒的传统中长大；而路易斯则生活在美国中西部，自学成才，独立思维。诺伊斯沉稳谨慎，喜欢在幕后操作；路易斯直率好辩，总是冲在最前沿。诺伊斯吟诵诗歌；路易斯爱说笑话。路易斯领导下的化学系像一个辩论协会，面对挑战和答辩他兴高采烈。他的一位同事回忆说：“他就像个顽童，总要寻找机会打击保守的偏见。”这位伯克利的化学家在海象唇髭下总叼着一支雪茄，“不管是否喝过酒，不管身处何地，他总是热烈讨论的焦点，总是欢乐人群的�