1937年8月20日，李薰从广州登上谢诺亚号邮轮前往英国，开始了追求“科学救国”梦想的漫长历程。
谢菲尔德城座落在英格兰中部，素有英国钢都之称。谢菲尔德大学堪称为这个钢都的科学王宫，它的冶金学院在当时科技界具有权威性的地位。1937年，李薰远涉重洋来到这里，他的导师是声名显赫的冶金学家安德鲁教授。在这个得天独厚的环境中，李薰开始了如鱼得水般的学习生活。
这个有着宏伟梦想的年青人永远觉着时间不够用，恨不得把所有的时间都用在学习和研究上，学术成就超出常人。
1938年，李薰获得白朗敦奖章和奖金；1940年，获得哲学博士学位。此后，留校担任研究员并兼带研究生。1945年，他成为研究部的负责人，负责培养英国、法国、印度、埃及、希腊、中国等十几个不同国藉的研究生。
与此同时，李薰开始从事尖端科学的基础研究，在科研上取得了奠基性和开拓性的成就。其间，他就冷加工对钢的组织和性能的影响和氢在钢中的作用，进行了深入的研究，发明了世界上第一个定氢装置，开拓性地发现了钢中氢脆的科学奥秘，弄清了钢中含氢产生白点需要孕育期以及钢中去氢的规律。这一重大研究成果，轰动了西方科技界，至今对世界各国钢铁技术有着非常重大的影响，成为这一领域中经典性的研究，李薰被公认为这一研究领域的创始人。
更为可贵的是，他的研究成果，确保了“二战”期间英国能够生产出用以制造飞机、重型火炮、坦克等装备用的优质合金钢，为保证“二战”反法西斯战争的最后胜利做出了重要贡献，李薰及其研究小组是“二战”中当之无愧的无名英雄。
鉴于李薰的一系列学术成就，1951年谢菲尔德大学授予李薰冶金学博士学位，他是1923年以后28年中第二个获此殊荣的学者，也是第一个获得这个学位的亚洲人，他为祖国赢得了荣誉。
正值华年，成名国外，事业如日中天。英国同行劝李薰加入英国国藉，暗示他的前程将会青云直上，他明确回答：“我永远是中国人。”美国驻英使馆科学参赞向他表示：“如果愿意到美国去，我一定竭力帮忙。”他婉言谢绝了。在李薰的心目中，念念不忘的是以己所长去实现中华民族复兴的梦想。
1949年10月，新中国成立。1950年11月，李薰收到一封中国科学院院长郭沫若的来信，邀请他回国负责筹建冶金研究所。祖国在召唤！他开始四处奔走串连，寻找在英的中国科学家和留学生，共商归国大计。但是，万里迢迢，欲归何易。为阻挠李薰回国，英国政府迟迟不肯为他发放签证。
1951年秋，李薰终于克服重重阻碍，经过一个多月的海上颠簸，取道香港回到祖国。祖国的变化日新月异，李薰满怀热情地投入金属研究所的筹建工作。他参观了鞍山、抚顺、大连等几个钢铁厂，深深地感到正在恢复的东北钢铁基地最需要金属研究所。他向科学院提出建议，放弃拟建所北京的方案，把研究所设在沈阳。这个建议很快被科学院采纳。
1951年隆冬腊月，冒着凛冽的寒风，李薰带领四名从英国归来的科学家和几名刚毕业的大学生来到沈阳南湖，望着一片空旷的荒地，他充满信心地说：“我们的事业就从这里开始。”他在简易食堂进餐，在集体宿舍就寝。他说：“现在是办我们自己的事，生活再苦心也甜啊！”
1953年春天，在沈阳南湖东侧，一座灰白色的科研大楼拔地而起，中国第一个研究金属材料的研究所——中国科学院金属研究所正式成立了。周恩来总理签署任命书：任命李薰为所长。
李薰在金属所主事三十年，成绩斐然，蜚声中外。他坚持理论联系实际，注重科学研究面向国家经济建设与国防建设，同时发展基础研究，提高理论素养。他有一个基本的建所思想：人民拿出这么多钱来建立这个研究所，应当给国家建设解决实际问题。
建所初期，在李薰的领导下，金属所不遗余力地肩负起兴建武钢和包钢的任务，协助改进东北地区各钢厂的产品质量，对国内钢铁冶金研究起到了开拓作用。
李薰亲手建立了我国第一个金属气体分析实验室，并带领青年科技人员深入鞍钢、抚钢，开展钢中气体测定研究工作。他们做了数千件钢样试验，研究了冶炼过程中钢液含氢量增高的因素，提出了降低含氢量的有效措施，为迅速提高新中国钢铁生产的质量作出了贡献。这项研究成果获1956年中国科学院自然科学奖。
李薰先生非常重视人才的培养。建所初期，他身体力行，倡导和组织各种学习班，使金属所的学习之风蔚然形成，培养了一大批金属专业的研究生和科技骨干。他经常鼓励研究人员要有下“五洋捉鳖，勇于探索”的精神和勇气，他提出“科研选题要搞老祖宗的工作”，“搞基础研究，就要搞能写进教科书的工作”。这些治学理念至今仍影响着金属所的科研工作。
1956年，李薰参加了全国十二年科技发展规划的编制工作，作为冶金科技方面的召集人和综合组成员，他负责完成了中国冶金科技事业的发展规划。此后，他又多次主持规划我国冶金科技事业和冶金新材料发展蓝图，对国民经济、国防建设和培养金属研究人才都作出了重大贡献。
1958年，李薰审时度势，组织领导金属所的研究方向转为开发新材料、新技术和相应的新测试方法的研究，确定了以高温合金、难熔金属等新材料为主要研究方向。60年代初，他亲自挂帅，集中兵力，自力更生，大力发展我国国防尖端材料与技术，在短期内为我国第一颗原子弹、第一个重返地面人造卫星、第一架超音速喷气飞机、第一艘核潜艇提供了关键材料，作出了不可磨灭的贡献。为此，金属所获得了三项国家科技进步特等奖（覆盖奖）、一项国家科技进步一等奖和一项国家科学技术发明一等奖。1971年，他不负周恩来总理和叶剑英委员长的重托，解决了航空重大质量问题，维护了我国空军的作战实力，受到高度赞誉。
李薰于1961年12月加入中国共产党，是优秀党员。在极左年代的凄风苦雨中，他遭受严重迫害和摧残，仍始终坚贞不屈，矢志不渝，几十年如一日，兢兢业业，勤勤恳恳，为科学事业奋斗不息。
1981年5月，李薰在中国科学院第四次学部委员大会上当选为中国科学院副院长兼技术科学部主任，走上了新的科研领导岗位。他锐意改革，励精图治，团结和协调各方面力量，是科技界远见卓识的领导者，受到了大家的推崇和爱戴。
1983年3月20日，李薰为探索科学研究面向国民经济的新途径，在前往攀枝花钢铁公司考察途经昆明时，不幸溘然长逝，为我国科学事业和经济建设，战斗到生命的最后一息。
在世界冶金科学界，他是公认的一代宗师；在中国金属科学界，他是享有最高荣誉的学者。他是一个天才的科学家，也是一个真正的爱国者，他舍弃在国外多年奋斗建立的学术地位和优厚待遇，毅然回国艰苦创业，为科技强国作出了重要贡献，践行了报效国家的人生理想。
他是优秀的科技领导人，他是博学多才的科学家，他是我们风趣幽默、和蔼可亲的长者。李薰先生，我们永远怀念您。