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1948年卡特轉入[[潛艇]]部隊，先去[[康乃狄克州]]的潛艇學校學習半年，然後到太平洋艦隊常規潛艇「鯧魚號」服役。1949年晋升{{tsl|en|Lieutenant_(junior_grade)|海军中尉}}军衔。此後一年多，他隨艦在[[太平洋]]海域執勤，並多次到達盟國港口。1951年，调入[[梭魚號潛艦 (SSK-1)]]，取得了潜艇舰长资格，担任过副舰长。
1952年10月16日，卡特调入[[ 美國]] 第一批核動力潛艇的研究工作，在华盛顿特区[[美国原子能委员会]]的Naval Reactors Branch工作了3个月。其間，研究項目負責人、後來被譽為「美國核潛艇之父」的[[海曼·里科弗|-{zh-hans:海曼·里科弗;zh-hk:海曼·李高佛;zh-sg:海曼·里科弗;zh-tw:海曼·李高佛;}-]]上校，對他影響極大。-{zh-hans:里科弗;zh-hk:李高佛;zh-sg:里科弗;zh-tw:李高佛;}-是位勤奮出名和對下屬要求極嚴格的人，在他的栽培下，卡特很快成了[[核反應爐]]技術專家，同時，他對卡特的嚴格要求，使得卡特在以後的日子，做任何事情都全力以赴。1952年12月12日，[[加拿大原子能公司]]的{{tsl|en|Chalk River Laboratories|乔克河实验室}}发生了堆芯熔化，数百万升高放废水淹没了地下室。卡特被派遣领导一支美国维护队伍，协助关闭该反应堆。美、加两国抢险人员必须身穿防护服（防止阿尔法辐射沾染）进入高通量堆芯工作数分钟以拆解反应堆部件。卡特后来在总统任期与卸任后，这一经历让他坚定了对原子能的态度，促使他签署总统令停止研制[[中子弹]]。卡特作为反应堆事故抢险人员，随后一年接受排泄物放射性检测与医学观察，为处于萌芽期的[[核医学]]提供临床数据。
1953年3月进入在[[斯克内克塔迪 (纽约州)|斯克内克塔迪]]的{{tsl|en|Union College|联合学院}}接受6个月的培训，以进入美国第二艘核潜艇，也是唯一的液态金属钠反应堆的{{tsl|en|USS Seawolf (SSN-575)}}服役。但是由于卡特父親去世，他決定退役還鄉繼承父業，1953年10月9日退役時軍階為[[海軍上尉]]。{{tsl|en|United States Navy Reserve|美国海军预备役}}的身份一直保持到1961年。