В 1916 г. женился на Надежде Кирилловне Черносвитовой, дочери политического деятеля – члена ЦК партии кадетов, депутата всех четырех Государственных Дум – Кирилла Черносвитова. Весной 1919 г. отец жены был арестован и расстрелян. Зимой 1919–1920 гг. во время эпидемии «испанки» в Петрограде Капица в течение месяца (!) потерял отца, двухлетнего сына, жену и новорожденную дочь. После этого почти год находился в состоянии глубокой депрессии.
По настоянию А.Ф. Иоффе и благодаря вмешательству Максима Горького в 1921 г. вместе с Иоффе и другими учеными П.Л. Капица был направлен в Англию в качестве члена комиссии Российской академии наук для восстановления научных связей в Западной Европе, прерванных войной и революцией, приобретения приборов и научной литературы. В Кембридже он познакомился с Э. Резерфордом и был принят на стажировку в Кавендишскую лабораторию. Во время работы в Англии получал стипендию Департамента научных и промышленных исследований Англии, организовал работу физического семинара, который позже стал называться «клубом Капицы», занимался исследованием искривления траекторий альфа- и бета-частиц в магнитном поле и в связи с этим создал метод получения сильных магнитных полей. За эти работы в 1923 г. получил премию им. Дж.К. Максвелла. В том же году получил степень доктора философии в Кембриджском университете.
И в этот момент А.Ф. Иоффе предлагает Капице место директора только что созданного в Петрограде Радиевого института АН (РИАН), так как к этому времени его научный авторитет в области ядерной физики уже бесспорен. К тому же свой путь в науке Капица начинал именно с исследований ядра, выполнив в 1916 г студентом III курса на кафедре А.Ф. Иоффе в Петроградском политехническом институте работу по инерции электронов. Однако Капица предложения Иоффе не принял – у него были уже совсем другие интересы.
В 1924 г. он стал заместителем директора Кавендишской лаборатории по магнитным исследованиям и тогда же предложил новый метод получения импульсных сверхсильных магнитных полей (напряженностью до 500000 эрстед). В 1925 г. был избран членом совета Тринити-колледжа, а в 1929 г. – членом Лондонского Королевского общества и членом-корреспондентом АН СССР. В 1928 г. обнаружил и объяснил эффект увеличения электросопротивления в металлах, возникающий при увеличении магнитного поля (позже этот эффект был назван законом Капицы). В том же году Капица вместе с Р.Г. Фаулером основал издание Международной серии монографий по физике (Оксфордское издательство) и одним из главных редакторов этой серии оставался до 1950 г. Резерфорд всячески поддерживал научную деятельность Капицы и, более того, добился, чтобы Королевское общество выделило на строительство специальной лаборатории для Капицы немалую сумму из завещания Людвига Монда, известного химического магната. По английской традиции, эта лаборатория получила имя Мондовской лаборатории Королевского общества. Официально ее открытие состоялось в феврале 1933 г. П.Л. Капица стал ее первым директором, но поработать там ему удалось всего лишь год. Он признавался, что «из всех людей… Резерфорд оказал на него самое большое влияние и что по отношению к нему он испытывал не только чувства огромного восхищения и уважения, но и любил его, как сын любит отца».
