Per aver dimostrato l’esistenza di nuovi elementi radioattivi prodotti dall’irradiazione del neutrone, e per la conseguente scoperta delle reazioni nucleari indotte dai neutroni lenti.

Laureato in Fisica alla Scuola Normale di Pisa, Fermi lavorò, tra il 1923 e il 1924, con Max Born a Gottinga e poi con Ehrenfest a Leida. Nel 1926 scoprì la legge statistica, oggi nota come “statistica di Fermi”, e nello stesso anno vinse la cattedra di Fisica Teorica all'Università di Roma, che mantenne fino al 1938. In quell’anno – dopo aver ritirato il Premio Nobel a Stoccolma – si trasferì con la famiglia negli Stati Uniti, alla Columbia University di New York, per sfuggire le leggi razziali emanate dal regime fascista. Nel 1933 propose la sua teoria del “decadimento b” e, nel 1934, ottenne i primi isotopi radioattivi dal bombardamento con neutroni. Nel 1942 si trasferì al Metallurgical Laboratory di Chicago, dove iniziò la costruzione di un reattore nucleare. Tra 1944 e il 1946 lavorò ai laboratori di Los Alamos. Successivamente insegnò Fisica all'Università di Chicago, dove rimase fino alla morte.

Quando Enrico Fermi e i suoi collaboratori decisero di dedicarsi alla fisica nucleare, si conoscevano già varie proprietà del nucleo atomico. Si sapeva, per esempio, che la maggior parte dei nuclei che esistono in natura sono stabili, mentre altri sono radioattivi, cioè si trasformano spontaneamente in nuclei di altri elementi.

Nel gennaio 1934 Irène Curie e Frédéric Joliot annunciarono la scoperta della radioattività artificiale: Fermi ebbe subito l'idea di cercare di produrre nuovi elementi radioattivi utilizzando sorgenti di neutroni. In poco tempo vennero irradiati con neutroni una sessantina di elementi e in almeno quaranta di essi vennero scoperti e spesso identificati nuovi elementi radioattivi. L'estrema importanza di questi risultati apparve subito evidente a livello internazionale. Essa venne ufficialmente sancita nel 1938 con l’assegnazione a Fermi del Premio Nobel per la Fisica, proprio per essere riuscito a produrre nuovi elementi radioattivi mediante irradiazione con neutroni e per aver scoperto le reazioni nucleari prodotte dai neutroni lenti.

Dopo essersi recato a Stoccolma per ritirare il Premio, Fermi non rientrò a Roma, ma proseguì il proprio viaggio negli Stati Uniti, dove decise di trasferirsi con la moglie (che era ebrea) a seguito delle leggi razziali emanate dal regime fascista. Esercitavano su di lui forte attrazione anche le condizioni ottimali offerte dagli Stati Uniti perché potesse dare sviluppo alle ricerche. Nel 1942 Fermi realizzò negli USA il primo reattore nucleare.