Estudià a les universitats de Leningrad, de Göttingen, de Copenhaguen i de Cambridge i fou deixeble de Bohr i de Rutherford. Fou professor de física teòrica a la Universitat de Leningrad i, des del 1934, a la Universitat George Washington (EUA). Entre els seus treballs més importants es destaquen l’elaboració d’un model de nucli atòmic, anomenat del fluid nuclear, i l’enunciat de la regla de Gamow-Teller. Ha estudiat les reaccions termonuclears que tenen lloc a l’interior dels estels, ha elaborat una teoria neutrínica de les supernovae i ha construït un model, dit de les capes, per als estels gegants vermells. Predigué la radiació cosmològica universal (o radiació de fons).