Po powrocie do Stanów Zjednoczonych pracował na wydziale fizyki na Uniwersytecie Waszyngtona w St. Louis (1935-1937), City College of New York (1937-1940), Uniwersytecie stanowym Waszyngtona (1940-1942). Od połowy lat 30. do połowy lat 40. dwudziestego stulecia opracował i rozwinął dziedzinę tarcia wewnętrznego. W tym czasie opublikował kilkanaście prac na temat teorii i zastosowań tarcia wewnętrznego. Jako pierwszy obliczył współczynnik dyfuzji atomów węgla i azotu w żelazie na podstawie pomiarów harmonicznie zmiennego odkształcenia sprężystego w funkcji temperatury. Dzięki tym pracom został zaproszony w 1942 roku do udziału w programie nad rozwojem bardziej wytrzymałych stali dla armii Stanów Zjednoczonych w laboratorium Watertown Arsenal w Massachusetts (1942-1945). Departament Wojny przyznał Mu nagrodę „Exceptional Civilian Service Award” za jego wkład w rozwój obronności Stanów Zjednoczonych. Z powodu ważnej dla obronności kraju pracy w Watertown Arsenal Zener nie brał udziału w projekcie Manhattan.