1945年，林同骥考取公费名额留学英国，先在英国Bristol飞机制造厂做实习工程师，并于1946年进入伦敦大学航空工程系研究生院学习，1948年取得航空工程博士学位。1948年7月林同骥转赴美国，先在华盛顿大学做博士后，后到加州大学作研究员，从事稀薄气体的研究和教学工作。1953年，他受聘为布朗大学应用数学系研究员，从事流体力学和弹性力学方面的研究。1954年,林同骥与在[[加州]]大学（柏克利）获得化学博士学位之后前往布朗大学工作的张斌女士结婚。1955年7月，林同骥怀着爱国之情，偕同夫人张斌，怀抱尚未满月的女儿，远涉重洋，途径日本，毅然回国。<ref>[http://lxyd.imech.ac.cn/info/detail.asp?infono=19922 林同骥传略]</ref>