Féu importants recerques en física nuclear i partícules atòmiques, amb la col·laboració d’E.Fermi a Roma i sobretot d’O.Chamberlain a Berkeley. Pel descobriment de nous elements (com el tecneci, l’àstat i el plutoni) i de l’antiprotó rebé el 1959, juntament amb O.Chamberlain, el premi Nobel de física.