1928年，被聘为加州大学（University of California）物理学副教授。

1930年，担任加州大学（University of California）物理学正教授。

1932年，时任加州大学校长的罗伯特·戈登·斯普罗尔（Robert Gordon Sproul）资助欧内斯特·劳伦斯的研究。

1934年，当选为美国国家科学院院士。

1936年，加州大学伯克利分校建立了辐射实验室，由欧内斯特·劳伦斯领导，并直接向大学校长报告。

1937年，当选为美国艺术与科学院院士。

1939年，获得诺贝尔物理学奖。

1958年8月27日，在帕洛阿尔托医院去世，享年57岁。

1929年，欧内斯特·劳伦斯提出磁共振加速器（即回旋加速器）的构造原理，即利用一个均匀磁场，使加速粒子沿螺旋形路径运动。在运动平面内，粒子将越过一个加速间隙，间隙里有一外加射频电场，其变化频率与离子旋转频率同相，以保证粒子每一次通过加速区时都能得到加速。

1931年，欧内斯特·劳伦斯和他的学生埃德尔森（N.E.Edlefson）和密尔顿·利文斯顿（Milton S. Livingston）建成了第一台回旋加速器（直径只有12厘米，可以拿在手里，加速粒子能量可达到0.8MeV）并开始运行。后来在他的领导下，在美国建成了一系列不同的回旋加速器。

欧内斯特·劳伦斯参与原子弹研制工作的曼哈顿计划，主管用电磁法分离制造原子弹用的铀-235工作。

欧内斯特·劳伦斯发明了彩色显像管并获得专利。

欧内斯特·劳伦斯一生在加州大学伯克利分校培养了吴健雄在内的许多科学人才，其中多名学生参与了曼哈顿计划，具体包括：

欧内斯特·劳伦斯是冈达·劳伦斯（Gunda Lawrence）和卡尔·古斯塔夫斯（Carl Gustavus）的长子，他们都是挪威移民的后代，他的父亲担任过斯普林菲尔德南部州立师范学院和阿伯丁北部州立师范学院的校长；弟弟约翰·劳伦斯（John H. Lawrence）后来成为一名医生，是核医学领域的先驱。

欧内斯特·劳伦斯在耶鲁大学期间认识了玛丽·金伯利·布鲁默（Mary Kimberly Blumer），她是耶鲁大学医学院院长乔治·布鲁默（George Blumer）的四个女儿中的长女。两人于1926年首次见面，1931年订婚，1932年5月14日在康涅狄格州纽黑文的三一教堂结婚。两人婚后育有六个孩子：埃里克（Eric）、玛格丽特（Margaret）、玛丽（Mary）、罗伯特（Robert）、芭芭拉（Barbara）和苏珊（Susan）。欧内斯特·劳伦斯以他在加州大学伯克利分校好友，理论物理学家罗伯特·奥本海默（Robert Oppenheimer）的名字给他的儿子起名罗伯特。

1958年，欧内斯特·劳伦斯受到德怀特·艾森豪威尔总统邀请，前往瑞士日内瓦，帮助与苏联谈判拟议的《部分禁止核试验条约》。此时他的慢性溃疡性结肠炎严重发作，在日内瓦时生病并被送回斯坦福大学的医院，外科医生切除了他的大部分大肠，但发现了其他问题，包括他的一条动脉的严重动脉粥样硬化。

他（欧内斯特·劳伦斯）有一种非凡的天赋，可以想出似乎不可能实现的新想法，并使它们发挥作用（He had an extraordinary gift of thinking up new ideas that seemed impossible of achievement and making them work.）。（核物理学家亚瑟·康普顿（Arthur Compton）评）

欧内斯特·劳伦斯帮助伯克利从1930年代开始并持续了几十年，在高能物理学方面脱颖而出，他创建了以许多学科的许多研究人员共享的大型设备为中心的大型实验室，他为核物理学的发展及其在战争与和平中的应用做出了巨大贡献（Ernest Lawrence helped make Berkeley preeminent in high-energy physics beginning in the 1930s and continuing for decades. He created large-scale laboratories centered around large equipment shared by many researchers in many disciplines. He contributed enormously to the development of nuclear physics and its applications in war and peace.）。（时任加州大学伯克利分校校长罗伯特·伯达尔（Robert M. Berdahl）评）

铹（Lawrencium，Lr），元素周期表第103号元素，1961年在美国加州伯克利市的劳伦斯伯克利国家实验室中由吉奥索（A.Ghiorso）、西克兰（T.Sikkeland）、拉希（A.E.Larsh）等人发现。为了纪念物理学家欧内斯特·劳伦斯，103号元素被命名为“铹”（Lawrencium）。

1959年，美国能源部设立欧内斯特·奥兰多·劳伦斯奖（Ernest Orlando Lawrence Award），该奖分为以下九个类别：原子、分子和化学科学；生物与环境科学；计算机、信息和知识科学；凝聚态与材料科学；能源科学与创新；聚变和等离子体科学；高能物理；国家安全和不扩散；和核物理。每位获奖者都会获得一份由能源部长签署的奖状、一枚印有欧内斯特·奥兰多·劳伦斯肖像的镀金奖章和奖金，如果某个类别中有共同获奖者，则平均分享酬金。

劳伦斯伯克利国家实验室（Lawrence Berkeley National Laboratory）位于旧金山湾区东北部加利福尼亚大学伯克利分校后山（Berkeley Hills），该隶属美国能源部，具体由加州大学负责运行；实验室前身是“加州大学辐射实验室”，1971年为了纪念欧内斯特·劳伦斯正式更名为劳伦斯伯克利国家实验室。

劳伦斯利弗莫尔国家实验室（Lawrence Livermore National Laboratory）于1952年建立于美国加州旧金山湾区的利弗莫尔（Livermore），由加州大学伯克利分校物理学教授欧内斯特·劳伦斯、爱德华·泰勒共同建立。最初名叫“加州大学放射实验室-利弗莫尔分部”（University of California Radiation Laboratory at Livermore），是位于加州大学伯克利分校的“加州大学放射实验室”的分支实验室，隶属于美国能源部，由加州大学具体负责运行。1971年为了纪念欧内斯特·劳伦斯，正式更名为劳伦斯利弗莫尔国家实验室。2007年，运行权由加州大学全权运行变更为由劳伦斯利弗莫尔国家安全机构负责运行。

1968年，劳伦斯科学厅（Lawrence Hall of Science）建成，并以欧内斯特·劳伦斯的名字命名以示纪念。劳伦斯科学厅隶属于加州大学伯克利分校，是一家面向公众的科学中心，是大学服务于社会的一个机构。它位于伯克利的山顶上，延百周年车道（Centennial Dr）可以上达。