W 1954 został profesorem nadzwyczajnym a w 1963 profesorem zwyczajnym.

Zajmował się doświadczalną fizyką subatomową: jądrową i cząstek elementarnych. Wraz z Marianem Danyszem odkrył pierwsze hiperjądro (1952) i stany izomeryczne hiperjąder (1962).

Był dyrektorem Instytutu Fizyki Doświadczalnej UW (1953–1958 i 1962–1975), kierownikiem Warszawskiego Oddziału Zakładu Fizyki Wielkich Energii Instytutu Badań Jądrowych w Świerku (od 1958), kierownikiem Katedry Fizyki Cząstek Elementarnych (od początku lat 60.), a także dziekanem Wydziału Fizyki UW (1975–1981).

Na XXXV Zjeździe Fizyków Polskich w Białymstoku Andrzej Kajetan Wróblewski (Instytut Fizyki Doświadczalnej UW) przedstawił referat nt. „Fizyka w Polsce wczoraj, dziś i jutro” – krótką charakterystykę fizyki w Polsce XX w. Zaprezentował wskaźniki bibliometryczne, liczby dotyczące stopni i tytułów naukowych oraz liczby studentów fizyki.