2000年，不满23岁的颜宁如愿进入了普林斯顿大学，师从施一公教授。但其后的两年，她却意外过上了“暗无天日”的日子：不仅课业辛苦，最重要的实验环节，颜宁竟然卡住了，同伴们纷纷出成果，但她自己却“做什么，什么做不出来”。她不断去观察、学习，一次次的失败后从头开始，终于在一个冬天的夜里，独立完成了一个极为复杂的实验。导师施一公说：颜宁，你终于会做实验了。
自那之后，颜宁完全沉浸在了实验里，沉迷在那些巧夺天工、精巧无比的分子机器当中，科研成了生命中不可或缺的东西，很少再有事情能带给她同等程度的喜怒哀乐。这便是一个科学家所能体会到的最为纯粹的东西：把好奇心投入进去，科学会回报给你奥妙、成就感和美。这一切驱使、吸引着颜宁，朝着一个个分子生物学的重大课题前行，过程自然困难，但也充满了天真的愉悦之情。
2006年年底，趁博士后研究课题告一段落，颜宁回到北京看望父母，顺便去清华大学探望了自己曾经的系主任赵南明，赵老师帮她写过推荐信。“你的科研怎么样呀？在《自然》杂志发论文了吗？”见了面，赵老师问她。“我发了呀。”颜宁挺骄傲地说。“那你想回来做教授吗？”“可以啊。”颜宁以为老师在开玩笑，嘻嘻哈哈地回答。赵南明没有开玩笑，10天后，颜宁在清华大学医学院通过面试，30岁的她成为清华大学最年轻的教授。
在那个年代，国内的生物学研究环境跟国外一流大学相比还有不小的差距。像颜宁这样已经崭露头角、被学术界关注的年轻科学家通常很容易在全球条件最好的实验室找到一份教职，接着稳步上升，直到拿到终身教职，前途是看得见的。而在这个时候选择回国从头建立实验室，则意味着极大的不确定性。许多人都对颜宁的选择感到诧异。事实上，颜宁只是在一如既往地做自己——一个“计划赶不上变化”的冒险家。
她想研究最重要的问题——那些能拓展人类认知的问题，“稳步上升”并不是她所在意的。
2014年6月5日，国际顶尖的自然科学期刊《自然》发表了颜宁团队解析出的人源葡萄糖转运蛋白GLUT1的结构。诺贝尔化学奖得主布莱恩·克比尔卡将这项成果评价为“伟大的成就”，他对《自然》杂志说：“至今获得的哺乳动物膜蛋白的结构寥寥无几，但要针对人类疾病开发药物，获得人源葡萄糖转运蛋白结构至关重要。
”美国国家科学院院士、加州大学洛杉矶分校教授罗纳德·卡巴克表示，学术界对GLUT1的结构研究已有半个世纪之久，从某种程度上说，颜宁“战胜了过去50年从事其结构研究的所有科学家。”
2017年，快要步入不惑之年的颜宁离开了工作10年的清华大学，接受了另一所母校普林斯顿大学的邀请。与10多年前回国一样，这个决定再次引起轩然大波。
不过这次那个曾劝她不要太冒险的同事完全理解她的选择，他们这时已经成为好友，他知道颜宁就是这样的人。与外界的复杂猜想全然无关，颜宁只是想换一个全新的环境突破自己。“她想要去检验她自己的边界在什么地方，”那位好友在一次采访中说，“这种欲望也是她想要去干科研这类事情的一个很重要的动力。我觉得这是一个很了不起的出发点。”做生命科学研究久了，颜宁时常会产生一种卑微感。
10岁时，她就曾望着窗外的星空思考人活一世的意义：既然太阳系总有一天会毁灭，不论贫富贤愚，到头来这一身难逃那一日，那人类熙熙攘攘、利来利往所为何来？这个问题，她至今也没有确切的答案。生命的出现让地球上的物质转换突然加速，创造出地球上原本不存在的大量物质，那么生命的本质又是什么？再往下将会怎样？人类创造了文化、艺术，但从生命的角度来讲跟动物并无本质区别。
人类发明的机器没有一种能精巧过我们细胞之中的分子机器。与自然造物相比，人类是很卑微的。但是没有关系，对她而言，真正的乐趣在于理解这个世界，在于亲自发现某种东西，并让它为人所共知。知道这个世界还有无限的秘密等待着被发现，她就可以像初中第一次在生物上知道“细胞”的那个时刻一样，兴致勃勃地去探索，去不断突破。这是独属于科学家的奖赏。