密码
1936～1938年，图灵在美国普林斯顿大学深造，并获得博士学位。1938年他回到剑桥时，战争的阴云已经密布在欧洲上空。英国在距伦敦不远的布莱奇利庄园(Bletchley Park)设置了国家密码破译机构“政府密码学校”(Government Code and Cypher School，GC&CS)。1939年9月4日开始，数学成绩优异的图灵开始全职服务于布莱奇利庄园，成为一名专职密码破译者和密码分析学家。
1939年9月，第二次世界大战爆发。英国作为大西洋上的一个岛国，食品、燃料和军火等军用民用物资需要通过海上运输来供给。巡航在大西洋上的德军潜艇因为能够提前获知英方的很多通信，击沉了大量盟军舰船，严重威胁到了英国的生命线。从1940年开始，英国被迫对最匮乏的食物和布料施行限量配给。而且英国本土作为欧洲几乎唯一一块未被纳粹占领的土地，也是盟军积蓄力量、伺机反击的最后一个基地。为了保护海上生命线的畅通和英国本土的安全，不让整个欧洲落入纳粹的魔爪，大西洋上的这场战争意义重大。
这时候，及时破译德军的密码，掌握德军的动向显得尤其重要。德军使用一种叫做“谜机”(Enigma)的密码机，对情报进行加密和解密。到达布莱奇利庄园后不过几周时间，图灵就设计出了一台“炸弹机”(Bombe)，用于协助分析经过谜机加密的密文。“炸弹机”后来经过另一位数学家戈顿·维奇曼的改进，成为“二战”期间英国用来辅助破译谜机的主要工具。
图灵还用他高超的数学知识，研究出了一种方法，算出一个密码的多种破解各自的正确概率。使用贝叶斯统计方法，他能够操纵这些概率，优先测试那些最有可能正确的破解。这比传统的密码破解中那“撒大网”的方法，速度提高了很多倍。
布莱奇利庄园对德军密码的破译一度达到如此准确和迅速的程度，以致太多的德军舰艇被准确地击沉。盟军一度十分担忧德军改用别的加密方法，可是德军对谜机的盲目信任和纳粹的偏执害死了他们，他们认为一定有奸细告密。英国方面得知这个结论，偷偷松了一口气，并且意识到今后不能再这么草率地利用破译的信息。“炸弹机”的方法就像是走钢丝，一旦德国人对所有信息进行双重加密，就会陷入迷茫。此后英国通过破译密码得到情报后，很少主动出击，只是修改舰船航线躲避敌军;对那些必须攻击的重要目标，也先把戏做足，让空军从目标上空飞一下，装作是偶然发现，然后才开始攻击。
1941年，政府密码学校的规模在战前16个月的基础上扩大了4倍，而图灵则尽量避免与部门高层直接接触，他成了最无组织、无纪律、无级别意识的一个人，他对一切华而不实或官僚作风的东西都极不耐烦，对官衔等级的漠视伤害到了某些人。密码分析员关注的是自身的才能和速度，但是对于军人来说这就是一种混乱。
这个时候的图灵，正春风得意。他在国际上发表过影响力巨大的论文，刚得到博士学位不久，不到30岁就已成为布莱奇利庄园的核心人物之一，而且相貌英俊，身体健壮。有时候伦敦方面召集布莱奇利庄园的核心人物开会，他完全靠两条腿跑完64公里的路程。如果当年不是因为受伤，他可能会进入英国奥运代表队参加1948年的伦敦奥运会。他的马拉松最好成绩是2小时46分3秒，比1948年奥林匹克运动会金牌成绩慢11分钟。1948年的一次跨国赛跑比赛中，他还跑赢了同年奥运会银牌得主汤姆·理查兹(Tom Richards)。
1941年春天，他结交了一个叫做乔娜·克拉克(Jona Clarke)的女孩。他平时在面对女孩的时候经常会迷失，但是乔娜的密码分析员工作使她很像一个男人，图灵很愿意和她交谈，“因为感觉像是在和男人说话”。
忙碌之余，图灵偶尔会和乔娜一起去看萧伯纳的戏剧;有时候他们骑着自行车在乡间做短途旅行，讨论植物的生长和结构;乔娜喜欢下国际象棋，可是战争期间很难弄到像样的棋子，于是图灵从附近的坑里挖了一些泥，一起烧制了棋子。随着他们之间的感情逐步加深，图灵终于向乔娜求婚。但此时的图灵，还在逐渐接受自己的同性性向的过程中，他也坦诚地向乔娜谈到了自己的性向，并惊讶地发现乔娜并不介意。
在他16岁遇到比他大一岁的师兄克里斯托弗·莫科姆(Christopher Morcom)时，图灵便开始意识到，吸引自己的不是女性，而是男性。莫科姆是唯一一个在科学爱好和素养上与他接近的同龄人，他们就曾一起长时间讨论爱因斯坦的科学理论。很快，图灵对莫科姆的感情超越了一切友情，他是图灵一生所爱的第一个人。不幸的是，两年后莫科姆突然死于肺结核，这对图灵不啻为巨大的打击。从某种角度而言，莫科姆也许是图灵孤独一生唯一真正的朋友。图灵试图以计算机程序的形式复活莫科姆灵魂的梦想遭到了打击，他说他想“构造一个大脑”。
“珍珠港事件”后，美国向德、日宣战。巡航在美国东岸的德国潜艇，击沉了很多毫无反击能力的美国货船。美国人开始意识到，他们也需要掌握德国海军的动向。此时，仓促参战的美国人向英国求援了。英国政府把图灵派到了美国，向盟友传授破解德军谜机的经验和技巧。
等图灵再回到英国已经是1943年，两年多的时间使他和乔娜都变得冷静和现实。图灵承认，与一位女性之间的关系，无法让他感到完全满足，乔娜也对此表示理解和接受。之后他们二人仍是朋友，但再也没恢复到曾经的那种亲密状态，更不用提结婚了。
1943年秋天，图灵开始参与一项语音加密技术的研究。1944年，图灵所在的小组成功地将丘吉尔首相的一段语音加密，并且解密还原了语音。不过“二战”进行到这个时候，盟军已经胜利在望，他们的语音加密技术没有在战场上广泛应用。
1945年“二战”结束，由于在战争期间的杰出贡献，图灵被授予不列颠帝国勋章。由于保密需要，在布莱奇利庄园工作过的人，必须对此守口如瓶。
图灵机
100年前，computer还不是一件东西，它指的是计算员，其中大多数是妇女。计算员被雇用来连续进行几个小时的重复乏味的计算。这种工作可以追溯到1750年，当时法国数学家克莱罗招聘了两名天文学家，帮他绘制哈雷彗星轨迹图。克莱罗的方法是把时间划分成一段段的，然后运用牛顿定律计算这颗彗星经过木星和土星时其位置的变化。这个小组工作了5个月，再三重复这个计算过程，慢慢绘制出这些天体的运行轨道。
今天，我们称这个过程为动态模拟，而克莱罗的同代人把它说成是一件令人厌恶的事情。他们想要的是一门包含基本规律和完美方程式的科学，而不是一些桌子和数字表格。尽管如此，克莱罗的团队还是对哈雷彗星的近日点做出了一个相差无几的预测。在随后的一个半世纪中，这些计算方法在天文学和工程领域占有重要的位置。
到1931年图灵进入剑桥大学国王学院读书时为止，人们早就雇用了人类计算员完成各种各样的计算，他们经常用计算器做帮手。“百万富翁”不仅是指有钱人，也指一种能够以惊人的速度进行乘除计算的计算器。但是所有这些机器的能力从根本上说是有限，与今天的计算机相比，它们不仅速度缓慢、不太可靠，而且明显地存储能力更可怜。至关重要的是，这些机器不是可编程的。
1936年，图灵写出了描述他最重要数学成果的论文《论可计算数及其在判定问题中的应用》，该文于1937年在《伦敦数学会文集》第42期上发表后，立即引起广泛注意。他通过引入图灵机，证明了希尔伯特提出的“判定性问题”和图灵机的“停机问题”等价，是无法解决的。
他在这篇论文中还引出了一个非常重要的概念：通用图灵机。通用图灵机的结构和工作过程可以用非常简短的数学语言描述，而任何其他图灵机能解决的问题它都能解决。现代电子计算机和通用图灵机近似，它接受一段程序并运行，以此来实现任何图灵机的功能，解决任何其他图灵机能解决的问题。通用图灵机这个概念的提出，是存储程序式计算机发展道路上最重要的理论突破，图灵被称为“计算机之父”。1999年美国《时代》周刊将图灵评为“二十世纪最重要的一百人”之一，并评价道：“我们应当记住，每一个在敲键盘、使用电子表格或文字处理软件的人，都工作在一台‘图灵机’上。”
1950年，图灵又发表了一篇题为《机器能思考吗?》的论文，成为划时代之作，也正是这篇文章，为图灵赢得了“人工智能之父”的桂冠。图灵在这篇论文里第一次提出“机器思维”的概念并提出一个假想：即一个人在不接触对方的情况下，通过一种特殊的方式，和对方进行一系列的问答，如果在一段时间内，他无法根据这些问题判断对方是人还是计算机，那么就可以认为这个计算机具有同人相当的智力，即这台计算机是能思维的。这就是著名的“图灵测试”。
图灵预言，到2000年机器将会有120兆字节的存储量，30%的情况能够通过5分钟的测试。1990年，美国未来学家雷·库兹韦尔(Ray Kurzweil)预测，2020年将出现能够通过测试的机器，后来他又于2005年将出现时间推迟到2029年。事实上，他和电子前沿基金会的创始人米切尔·卡普尔(Mitch Kapor)打赌2万美元，赌2029年计算机能否通过图灵测试。
今天，无论是GPS导航系统和Google搜索引擎，还是自动柜员机和苹果Siri，更不要说IBM旗下的象棋大师深蓝(Deep Blue)和满腹经纶的超级电脑沃森(Watson)，人工智能已经无处不在，但是没有一台计算机通过了图灵测试。在尝试通过图灵测试的漫漫征程上，模拟人类思维的愿望不断激励着人们。
不过也有科学家对图灵测试提出了质疑。首先，图灵测试要求人们研制出一个能捕捉人类语言的微妙之处的程序，包括分辨语音、语调等，而人们很难研发出这样的程序，这就使得测试工作难上加难;另外，图灵测试也很狭隘：既然机器人程序现在已经能影响股市、让飞机起落、自动驾驶汽车，那我们为什么非要纠结于语言智能呢?