新中国成立后，彭加木加入了中国科学院，并逐步晋升为生理生化研究所的研究员。1961年，他被任命为副研究员，后来升为研究员。1979年，他成为中国科学院新疆分院的院长。
彭加木不仅是一个有学问的学者，更是一位热衷科学的行动者和为国家做贡献的先锋。在20世纪50年代，中国科学院启动了一个综合科学考察委员会，彭加木原本有机会去莫斯科深造，但他主动放弃了这个机会，要求到新疆支援边疆建设。在请愿书中，他写道：“我志愿到边疆去，这是我一生的愿望。我的知识广博，身体健康，愿在荒野中开辟一条道路！”为了表达决心，他还把名字改成了“彭加木”，意味着为边疆“添草加木”。
自从来到新疆后，彭加木便在这片荒凉的土地上奋斗了二十多年，先后多次深入荒漠进行考察，其中三次深入罗布泊。这片地区条件极为恶劣，天气酷热难忍，常常刮起沙尘暴，但彭加木始终不曾退缩。
在罗布泊，彭加木有着令人瞩目的发现。他成功探明了大型咸水湖的存在，弄清了沙尘暴频发的原因，还勘探了铀矿和硼矿等重要资源，为国家积累了巨大的财富。1964年，他在罗布泊附近发现了钾盐和稀有金属，而1979年，他再次带领团队确认了重水资源，还成功纠正了外国探险家关于罗布泊的误解，为中国争取了尊严。
不仅如此，彭加木还大力推动了中国科学院新疆分院的建设，为新疆的科学事业奠定了基础。熟悉他的人都知道，彭加木具有极强的野外生存能力。有一次，由于食物不足，他竟然生吃了蜥蜴，展现了超强的求生本能。他这种无畏的精神和对国家的奉献，远非常人能够比拟。
1980年5月，彭加木带领由11人组成的科考队，再次踏上了罗布泊的考察之旅。这次考察的目标有两个：一是为中日合拍的纪录片《丝绸之路》进行探路，二是继续研究罗布泊这一“死亡之海”的秘密。考察队从乌鲁木齐出发，途经马兰基地，军方为其提供了电台和四名战士协助通讯。
6月5日，经过28天的艰难跋涉，科考队成功完成了首次从北至南的罗布泊湖盆穿越，走了450公里，收集了大量矿物化石和科学数据。
6月16日，科考队在库木库都克扎营。此时，水和汽油已经所剩无几。第二天，彭加木决定单独前往寻找水源，并留下了简短的字条。可是，他一去不返。下午，队员发现他失踪，急忙出发寻找，只找到一些模糊的脚印和散落的糖纸。紧急求援后，国家立刻组织了大规模搜救，派出了飞机、车辆和数百名救援人员，展开了全面搜索。
然而，罗布泊地区气候极其恶劣，温度高达50度以上，沙尘暴和流沙层出不穷，搜救任务异常艰巨。几百平方公里的沙漠区域搜索了一遍，依然没有发现任何踪迹。
6月23日，新华社发布新闻，宣布彭加木失踪的消息，瞬间引发了全国范围的关注和猜测。有人认为他可能因为迷路而渴死，也有人推测他被外星人带走，甚至有人说他发现了某种神秘的“双鱼玉佩”而因此失踪。然而，所有这些说法都缺乏确凿证据，更多的是推测和臆想。
彭加木的失踪，至今依然没有明确的答案。罗布泊被称为“死亡之海”，这个名字并非虚传。酷暑、缺水、沙尘暴和流沙无时无刻不在考验着生还者。彭加木一人外出寻找水源，带着有限的水量，在恶劣环境下脱水、迷失方向，或许是最简单也最合理的解释。
1980年代的技术条件十分有限，别说手机，连有效的通讯设备都没有。罗布泊本身就是一个信号盲区，尽管搜救队配备了飞机和车辆，但由于设备简陋，面对辽阔的沙漠，搜寻工作几乎无从下手。脚印被风一吹就消失了，线索根本无法留存，寻找彭加木就如同大海捞针。
彭加木是个非常投入的人，他的性格也非常倔强。认识他的人都说，他常常喜欢独自行动，忘记了时间和安全。或许正因为这种性格，他才会在那次紧急情况下决定独自出发，未曾多想可能的危险，最终导致了这场遗憾。
除了这些推测外，还有人认为彭加木是故意逃走，甚至有说法称他被某种神秘力量带走。尽管这些理论听起来令人感兴趣，但都没有任何实质证据支持，更多是纯粹的猜测和故事。
2007年，有人声称在罗布泊东南方向发现了一具木乃伊，身高和年龄与彭加木相似，但由于家属未同意进行DNA鉴定，至今没有得到确认。1981年10月，官方最终认定彭加木在执行任务时壮烈牺牲，并举行了没有遗体的追悼会，事件也随之告一段落。
彭加木的失踪对中国科学界是一次重创，他的突然消失让所有人痛惜不已。然而，这一事件也为未来的科考工作敲响了警钟。自此之后，国家更加注重科考人员的安全，确保他们配备必要的通讯设备，物资储备也更加充分，以避免类似悲剧的重演。
2009年，彭加木被评选为“100位新中国成立以来感动中国人物”之一，广州还建立了彭加木纪念中学，旨在传承他的精神。他的事迹被改编成纪录片和电影，甚至进入了教科书，成为了科学精神的象征。尽管他的人已不在，但他的贡献和精神依然在世间延续。
罗布泊这片神秘的土地依然吸引着探险者的目光。1996年，探险家余纯顺徒步穿越罗布泊时也不幸遇难，这再次证明了这一地区的险恶。如今，科技飞速发展，遥感技术和无人机的应用为探险和研究提供了更多的支持，但罗布泊的谜团依然没有完全解开，彭加木的失踪仍旧成为了未解之谜。
彭加木的失踪后，各种传言层出不穷。有人认为他是故意逃跑，去国外寻求自由。这种说法虽然引人入胜，但经过深思熟虑后发现站不住脚。作为一名优秀的科学家，彭加木显然不可能轻率地放弃自己在国内的事业，去冒险逃亡。而且，罗布泊那么荒芜，缺水、缺车、缺计划，一个