1952年,李氏獲得美援會的贊助,前往美國賓州大學(University of Pennsylvania)醫學院深造。本想學習血液循環的研究方法,由於只有1年,期限太短,指導老師史密特(Carl F. Schmidt)建議改為研究肺循環(pulmonary circulation)的相關機制。結束賓州大學的研究後,李氏轉往底特律的韋恩州立大學(Wayne State University),在醫學院生理學科的西格斯(Walter H. Segeers)教授實驗室訪問兩個月(註3)。 回到臺灣,因杜聰明辭職,全權擔負起臺灣大學藥理學研究室的領導工作。越戰期間,由於美軍在越南沼澤森林中經常碰到毒蛇,美國陸軍研究發展部便特別委託李氏,專門針對溝牙科蛇毒進行研究。1963年,李氏和張傳炯合作,首度分離出雨傘節蛇毒中致死的兩種神經毒素,揭開過去醫界無法理解的蛇毒神經毒素的作用機制,使神經生物學獲得重大突破,該研究成果引起了全世界藥理學界的震撼(註4)。