Allí se doctoró en la Universidad de Columbia (1964) y luego pasó a la Universidad Rockefeller y, en 1971, a la Universidad de California en Davis, el mismo año en que se nacionalizó estadounidense, aunque mantiene también la nacionalidad española.

Fue asesor científico del presidente Bill Clinton y presidente de la Asociación Estadounidense para el Avance de la Ciencia, que edita la revista Science.

[16]​ Ayala también es viticultor y posee en California grandes extensiones de viñedos cuya uva vende a las diversas denominaciones de origen del estado.

[17]​ Antes ya había donado a la universidad la cuantía del Premio Templeton.

Ayala argumenta que «eran buenos modales europeos —saludar a las colegas con un beso en ambas mejillas o felicitarlas por su belleza—».