Es doctorà en física pura a Frankfurt del Main (1928) i fou professor a diverses universitats alemanyes. Anà al Regne Unit (1933) i finalment als EUA (1935), on fou professor a la Universitat de Cornell (1937-75). Fou director de la secció de física teòrica del projecte de la bomba atòmica a Los Alamos (1943-46). Treballà en electrodinàmica quàntica, física atòmica i nuclear, teoria de la difusió i de l’estat sòlid. El 1938 determinà, simultàniament però independentment de C.F. von Weizsäcker, el cicle del carboni o de Bethe, treball que li valgué el premi Nobel de física el 1967.