В 1921 году Пётр Капица направлен в научную командировку в Англию с группой российских ученых на стажировку в Кавендишскую лабораторию великого физика Эрнста Резерфорда в Кембридже.
Произведенные им в этой лаборатории исследования в области магнитных полей доставили П.Л. Капице мировую славу. В 1923 году он стал доктором Кембриджского университета, в 1925 – заместителем директора Кавендишской лаборатории, в 1926 – директором созданной им Магнитной лаборатории в составе Кавендишской лаборатории. В 1928 году открыл закон линейного, по величине магнитного поля, возрастания электросопротивления металлов (закон Капицы).
За это и другие достижения в 1929 году избран членом-корреспондентом Академии наук СССР и в том же году – избран действительным членом Лондонского Королевского общества.
Для исследований талантливого физика по сильным магнитным полям и низким температурам в Кембридже было построено новое прекрасное лабораторное здание. Мондовская лаборатория Королевского общества была очень торжественно официально открыта 3 февраля 1933 года ректором университета Стенли Болдуином.
В апреле 1934 года Капица впервые в мире получил жидкий гелий на созданной им же установке. Это открытие дало мощный толчок исследованиям в физике низких температур. В том же году во время одного из частых приездов в СССР для преподавательской и консультативной работы П.Л. Капице было отказано в разрешении на выезд. Причиной стало желание советского руководства в продолжении его научной работы на Родине.
Капица первоначально был против этого решения, так как имел в Англии великолепную научную базу и хотел продолжать исследования там. Однако, в 1934 году Постановлением Совета народных комиссаров СССР был создан Институт физических проблем АН СССР, и Капица был назначен его первым директором. Ему было предложено самому создать мощный научный центр в СССР, и при содействии Советского правительства доставлено всё оборудование его лаборатории из Кавендиша.