В 1958 году он становится натурализованным гражданином США.
В 1978 году он награждается медалью Лоренца. В 1981 году Бломберген (совместно с А. Л. Шавлов и К. Сигбаном) награждён Нобелевской премией по физике «за вклад в развитие лазерной спектроскопии». Бломберген и Шавлов исследовали вещество, детекция которого без лазеров была бы невозможна. До этого Бломберген модифицировал мазер Чарлза Таунса. В 2006 году Бломберген работает в университете Аризоны.
Бломберген продолжил академическую линию, плодотворную на нобелевских лауреатов, и начавшуюся с лорда Рэлея (Нобелевская премия по физике за 1904 год), со следующими затем Дж. Дж. Томсоном (Нобелевская премия по физике за 1906 год), Эрнестом Резерфордом (Нобелевская премия по химии за 1908 год), Оуэном Ричардсоном (Нобелевская премия по физике за 1928 год) и наставником Бломбергена — Эдвардом Пёрселом (Нобелевская премия по физике за 1952 год). Также на него оказали влияние Джон Ван Флек (Нобелевская премия по физике за 1977 год) и Перси Бриджмен (Нобелевская премия по физике за 1946 год)