Il est ensuite allé à l'Université de Princeton pour travailler sur sa théorie de l'équilibre. Son mémoire de thèse, soutenu en 1950, sur Les jeux non coopératifs détaillait déjà la définition et les propriétés de ce qui allait par la suite s'appeler l'équilibre de Nash et lui valoir, quarante-quatre années plus tard, le prix Nobel d'économie. Ses travaux ont été publiés dans trois articles :
Le seul cours officiel d'économie qu'il ait suivi portait sur le commerce international.