中學畢業後，奈許獲得西屋中學生獎學金進入匹茲堡的卡內基技術學院（現為Carnegie Mellon University）化學工程系，但他在數學方面的天賦遠遠超過工程，教授建議他改念數學系。卡內基工學院的老教授R. J. Duffin在他的推薦信中只有一行字：「此人是個天才。」1948年，奈許大學三年級時，同時被哈佛、普林斯頓、芝加哥和密西根大學錄取。在普林斯頓大學數學系主任Solomon Lefschetz的爭取下，奈許從卡內基畢業後進入普林斯頓大學。
提出均衡理論
在普林斯頓，英俊和有著英國貴族氣質的奈許，被看成壞蛋和天才的混合體。奈許在普林斯頓接觸到了馮紐曼（John von Neumann）的博弈論（Game Theory），大膽地提出了奈許均衡理論（Nash Equilibrium），開闢了研究的新思路。奈許曾在馮紐曼的辦公室和他討論奈許均衡理論的問題，但馮紐曼卻說：「這很明顯只是個不動點定理。」數學系的高年級學生Dwied Gale看出了奈許觀點的意義，建議奈許將觀點寫入論文並推薦發表在《美國國家科學院院刊》（Proceedings of the National Academy of Science of the United States of America, PNAS）上，並為此起草了給國家科學院的備忘錄。Lefschetz立即將這份備忘錄遞交科學院，奈許的論文被刊登在十一月的期刊上。Gale後來說：「我一眼就看出這是篇博士學位的論文，但我當時並不知道它會成為諾貝爾獎的獲獎作品。」1949年，奈許以論文「非合作遊戲」獲得數學博士學位，那一年他才21歲。
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