他常年吸烟引发
咳嗽明显加重。在圣约翰岛过圣诞节时，他向西丝·芙兰克抱怨“嗓子疼得厉害”，然后又若有所思地说：“也许
抽烟抽得太多
。”姬蒂以为他只是得重感冒。最后，在1966年2月，她带他去纽约看医生，诊断结果非常糟糕。姬蒂打电话告诉韦尔娜·霍布森这个消息，她低声说：“罗伯特得癌症。”。
40年烟瘾严重损伤他喉咙。当小阿瑟·施莱辛格听到这个“可怕消息”时，他立即写信给奥本海默：“简直无法想象接下来几个月你会多
难熬。在这个可怕时代，你已比大多数人面对过更多可怕事情，你为们所有人树立道德勇气、目标感和自律榜样。”
虽然奥本海默戒掉香烟，但他仍在抽烟斗。3月，他接受
次痛苦且效果并不显著喉部手术，随后他开始在纽约斯隆-凯特琳研究所接受钴放射治疗。他和朋友谈到自己癌症时非常坦率，他告诉弗朗西斯·弗格森，他仍抱有“丝希望，希望癌症不会继续扩散”。然而，到5月下旬，所有人都能看出他“日渐消瘦”。
1966年个美丽春日，利连索尔在奥尔登庄园碰到奥本海默在洛斯阿拉莫斯秘书安妮·马克斯，她也来看望奥本海默夫妇。利连索尔被奥本海默样子吓跳：“就像他自己说那样，他第次‘对未来感到不确定’，他脸色苍白，惊恐不安。”单独和姬蒂在花园散步时，利连索尔问她奥本海默近况如何。姬蒂突然愣住，她咬着嘴唇，似乎反常态地无言以对。当利连索尔弯下腰，温柔地亲吻她脸颊时，她发出声低沉呜咽，哭起来。过会儿，她直起身子，擦干眼泪，提议他们回屋去找安妮和奥本海默。“从未如此钦佩过个女人坚强，”利连索尔在当晚日记中写道，“他不仅是她丈夫，还是她过去，其中有快乐也有痛苦。他曾是她英雄，而现在成她大‘难题’。”
1966年6月，奥本海默在普林斯顿大学毕业典礼上接受荣誉学位，他被称作“物理学家和水手、哲学家和骑手、语言学家和厨师、美酒和好诗爱好者”。但是他看起来精疲力竭、疲惫不堪，由于神经受到压迫，他必须借助拐杖和腿部支架才能行走。
尽管身体虚弱，饱受病魔摧残，但他反而越发显得高大起来。弗里曼·戴森说：“他身体每况愈下，但他精神越发强大……他优雅地接受自己命运；他继续着自己工作；他从不抱怨；他突然变得简单起来，不再想要哗众取宠。”他曾是个很会装腔作势人，但现在戴森注意到“
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