Després de treballar com a professor de química al University College al nord de Gal·les durant cinc anys, Dostrovski va tornar a Israel, incorporant-se a l'Institut de Ciències Weizmann a Rehovot el 1948, poc abans de la dedicació de l'Institut. Els cinc departaments científics de l'Institut havien de ser dirigits per científics de classe mundial de diversos països, però just llavors la Guerra d'Independència
va fallar, i només dos dels líders científics designats es van atrevir a mudar-se a Israel. Dostrovski, llavors només de 30 anys, va ocupar un dels tres llocs vacants de lideratge: va ser nomenat cap del Departament d'Investigació d'Isòtops, un càrrec que va ocupar durant 17 anys.