W Kalifornijskim Instytucie Technologii pracował również z profesorem Maxem Delbrückiem i z dr. Matthew Meselsonem. Po obronie doktoratu w 1959 roku przez kolejny rok pracował w laboratorium prof. Dulbecco jako asystent. W tym samym roku prowadził badania eksperymentalne, których efektem było sformułowanie hipotezy prowirusa dla wirusa RSV.
W 1960 Howard Temin przeprowadził się Madison i jako asystent profesora pracował w McArdle Laboratorium Badań nad rakiem (McArdle Laboratory for Cancer Research), będący działem onkologii w Szkole Medycznej Uniwersytetu Wisconsin w Madison. Jego pierwsze laboratorium znajdowało się w suterenie wyposażone w bardzo prymitywny sprzęt. Tam wykonał eksperymenty, które doprowadziły w 1964 roku do sformułowania hipotezy prowirusa DNA. Pod koniec 1964 roku jego laboratorium zostało przeniesione do nowego budynku. Z biegiem czasu zdobywał kolejne stopnie naukowe: profesora nadzwyczajnego, Wisconsin Alumni Research Foundation Professor of Cancer Research a w roku 1974 został profesorem Amerykańskiego Instytutu Onkologii Wirusowej Raka i Biologii Komórki. Od 1964 do 1974 otrzymywał nagrody za rozwój kariery od Narodowego Instytutu Raka.