En 1947, Szent-Györgyi créa un laboratoire au Laboratoire de biologie marine (MBL) à Woods Hole (Massachusetts) avec le soutien financier de l'homme d'affaires hongrois István Ráth. Pourtant, il dut faire face pendant plusieurs années à des difficultés de financement, en raison de son statut d'étranger et de ses anciennes relations avec le gouvernement d'un pays communiste. En 1948, il reçut un poste de chercheur aux National Institutes of Health (NIH) à Bethesda (Maryland) et commença à partager son temps entre ce travail et Woods Hole. En 1950, les subventions de la Armour Meat Company, société spécialisée dans la production de viande, et de l'Association américaine de Cardiologie (American Heart Association) lui permirent de créer l'Institut pour la Recherche musculaire.
Au cours des années 1950, Szent-Györgyi commença à utiliser des microscopes électroniques pour étudier les muscles à un niveau plus précis. Il reçut le Prix Lasker en 1954. En 1955, il fut naturalisé citoyen des États-Unis. Il devint membre de l'Académie nationale des Sciences en 1956.
Vers la fin des années 1950, Szent-Györgyi s'intéressa de plus en plus à la recherche sur le cancer et développa des idées dans lesquelles il appliquait les théories de la physique quantique à la biochimie du cancer. La mort de Rath, qui gérait les finances de l'Institut pour la Recherche musculaire jeta Szent-Györgyi dans l'embarras, car il refusait de se soumettre aux règlements qui exigeaient pour l'octroi de subventions gouvernementales qu'il précisât avec les détails les plus minutieux ce qu'il avait exactement l'intention de faire et ce qu'il espérait découvrir. Après avoir exposé ses difficultés financières dans une interview parue dans la presse en 1971, l'avocat Franklin Salisbury prit contact avec Szent-Györgyi et l'aida par la suite à créer une organisation privée à but non lucratif, la National Foundation for Cancer Research. Vers la fin de sa vie, Szent-Györgyi commençait à chercher dans les radicaux libres une cause potentielle de cancer. En 1974, montrant son intérêt pour la physique quantique, il proposa que le terme « syntropie » remplaçât celui de « néguentropie ».