Z Pragi przeprowadzili się na krótko do Berlina, a następnie, w 1925 roku, na zaproszenie Nikołaja Siemaszko, ludowego komisarza ochrony zdrowia RFSRR, do Związku Radzieckiego.
Do 1931 roku pracował jako dyrektor departamentu Instytutu Higieny Pracy w Moskwie. Publikował w tym czasie artykuły dotyczące rozwijania metod testów krwi, ale także rozwijał swoje zainteresowania teoretycznymi podstawami życia. W 1930 roku ukazała się jego książka Podstawy fizyczne w biologii. W 1931 roku organizował Wydział Biologii Ogólnej w Instytucie Biologicznym im. K. Timiriazewa w Moskwie. W 1933 roku przeprowadził się do Leningradu, gdzie został dyrektorem Wydziału Badań nad Rakiem, a następnie Wydziału Biologii Ogólnej Instytutu Medycyny Eksperymentalnej (Всесоюзный институт экспериментальной медицины - ВИЭМ).
W 1935 w Leningradzie ukazała się książka Biologia teoretyczna, w której szczegółowo zreasumował rozwój swojej zasady stałej nierównowagi żywej materii. Wychodząc od podstaw termodynamiki wyprowadzał opisy różnych zjawisk związanych z życiem, np. metabolizmu, czy asymilacji.