1984年，青海省成立全国唯一的高原医学科学研究所，吴天一的才华在此充分施展。
牧民居住分散，又随季节变化游牧迁徙，有时数十公里才见一处帐篷，但吴天一告诉他的队员们，“为了准确掌握人群患病率和危险因素，群体调研时一家也不能落，可能出问题的就在这一家。”
高原气候变化剧烈，刚才晴空万里，转眼就大雨如注。但这些从未让吴天一退却，他总说“我是塔吉克的好骑手。”高远难走的地方都是吴天一和他的乘骑冲在最前面。
数次历险，数次转危为安，吴天一的研究数据越积越多，不同海拔、不同民族、不同职业的数据都在几十万份。1981年，他光荣加入中国共产党，曾感慨道：“我的成长和成功，都是国家给予我的，是党和人民给予我的。”
上世纪90年代，吴天一设计的大型高低压综合氧舱建成。舱体上升可至海拔1.2万米，下降可至水下30米，对高原医学研究至关重要。但人体实验有风险，第一次由谁进舱?“我设计的，肯定我进。”吴天一毫不含糊。
进入舱内，压力逐步攀升，吴天一感受着每一阶段的身体反应。由于当时缺乏经验，操作人员在减压时让压力下降速度过快。骤然间，他头痛难耐，只听耳鼓膜“嘣”的一声，再就陷入无声。吴天一的鼓膜被击穿了!即使如此，长好了，再实验，又穿了，又长好了，前后四次，致使他的听力受损严重。
氧舱实验结果后在青藏铁路建设中派上大用场。吴天一提议在青藏铁路沿线建供氧站、高压氧舱，后被证明是解救急性高原病患者的最佳方案，创造了14万筑路大军无一例因高原病致死的奇迹，被称为“生命的保护神”。