1926 flyttade han till USA där han forskade och skrev flera rapporter om atmosfärisk turbulens och stratosfärisk dynamik. 1928 grundade han det första universitetsprogrammet inom meteorologi i USA, där han snart blev professor. 1947 blev Dr Rossby tillfrågad att komma tillbaka till Sverige. Han grundade det internationella meteorologiska institutet i Stockholm, IMI, för att bedriva forskning inom meteorologi och för att gynna internationellt sammarbete inom meteorologi. IMI fick stor betydelse för den vetenskapliga utvecklingen vid SMHI. Rossby är mest känd för något som kallas "Rossby-vågor", planetariska vågor i atmosfären som observeras som storskaliga slingringar i jetströmmarna och som ansvarar för rådande förändringar i vädermönstret. De finns även i haven där de är mycket svårare att upptäcka men ändå kan ge effekter på det rådande klimatet. Det är mycket tack vare denna forskning som vi nu har de numeriska datamodeller som vi har till hjälp för våra väderprognoser.