1996年，他以排名第一的成绩获得英国利兹大学地球物理学博士学位。
之后黄大年回国，不久后又被派往英国继续从事针对水下隐伏目标和深水油气的高精度探测技术研究工作，在英国剑桥ARKeX航空地球物理公司任高级研究员12年，担任过研发部主任、博士生导师、培训官，长期从事海洋和航空快速移动平台高精度地球微重力和磁力场探测技术工作
黄大年突出的贡献有为中国“巡天探地潜海”填补多项技术空白，为深地资源探测和国防安全建设作出了突出贡献。而且为国家培养了博士13名、硕士5名，他为了祖国可以说是鞠躬尽瘁，放弃国外的优厚条件毅然回国，直到生命最后一刻都在为国家的科技事业做贡献。