В годы опалы Капица активизировал свое непосредственное участие в работе высшей школы. В 1947 г. в МГУ был открыт новый факультет – физико-технический, (который в дальнейшем был преобразован в Московский физико-технический институт). Следует отметить, что Капица вместе с С.А. Христиановичем и А.С. Яковлевым был инициатором его создания. В декабре 1949 г., когда «все прогрессивное человечество» распиналось в славословиях по поводу 70-летия Сталина, Капица игнорировал юбилейные мероприятия. Через месяц его изгнали с профессорской должности в Московском университете «за отсутствием педагогической нагрузки». Не без участия того же Христиановича он был отстранен от преподавания и только с 1956 г. стал заведовать кафедрой физики и техники низких температур Московского физико-технического института, а также возглавил Координационный совет этого института.
В 1954 г. после смерти Сталина и Берии домашняя лаборатория ученого была передана в ИФП и вошла в официальный список научных учреждений АН СССР. В 1955 г. он вернулся к руководству ИФП и был назначен главным редактором «Журнала экспериментальной и теоретической физики».
В эти годы в связи с изучением действия ректификационных колонн П.Л. Капица провел исследования волновых тепловых процессов в движущихся тонких слоях жидкости. Развитие этой работы привело к созданию количественной теории взаимодействия морских волн с ветром. Тогда же он разработал гидродинамическую теорию смазки подшипников. В 1951 г. опубликовал исследование движения маятника с вибрирующим подвесом и предложил гипотезу о природе шаровой молнии (1955). В 50-е гг., работая над созданием микроволнового генератора, обнаружил, что микроволны большой интенсивности порождают в гелии отчетливо наблюдаемый светящийся разряд. Измеряя температуру в центре гелиевого разряда, установил, что на расстоянии в несколько миллиметров от границы разряда температура изменяется примерно на 2 000 000 К. Это открытие легло в основу проекта термоядерного реактора с непрерывным подогревом плазмы. Последние 20 лет жизни посвятил подробному изучению природы плазмы и разработке методов ее диагностики в шнуровом разряде. Несмотря на преклонный возраст, Капица увлеченно работал над проблемами высокотемпературной плазмы и управляемого термоядерного синтеза, считая это направление «проблемой № 1» для физики.
