Nació en Budapest; su padre fue un destacado hombre de negocios. Estudió en la Universidad de su ciudad natal y obtuvo el doctorado en Ingeniería química en el Instituto de Tecnología de Berlín en 1925. Viajó a Estados Unidos en 1930 y fue profesor de Física matemática en la Universidad de Princeton, Nueva Jersey. Se nacionalizó estadounidense en 1937, año en que pasó a desempeñar la cátedra de Física teórica en la Universidad de Wisconsin.
Desde la década de los treinta, se dedicó especialmente a estudios sobre núcleos atómicos y partículas elementales, y logró descubrir y aplicar principios fundamentales de simetría en la disposición de protones y neutrones; este descubrimiento constituyó la base para la comprensión de la estructura atómica. Sostuvo que protones y neutrones se hallan dispuestos en la corteza nuclear en la periferia del átomo. El modelo que construyó sustituyó al llamado de "gota de agua" que había servido de esquema a los científicos que lograron la fusión del uranio.
Junto con su amigo el físico húngaro expatriado Leo Szilard, fue uno de los eminentes científicos que, en 1939, logró persuadir a Albert Einstein para que escribiera al presidente de Estados Unidos Franklin Roosevelt, sobre la posibilidad de producir grandes cantidades de uranio enriquecido. Falleció en el Centro Médico de la Universidad de Princeton.
Conferenciante destacado y profesor emérito de las Universidades de Wisconsin y Princeton, era doctor honoris causa por las universidades de Wisconsin, Washington y Chicago; miembro de la Real Academia Holandesa de Ciencias y Letras, de la Sociedad Americana de Física (que presidió en 1956), y de la Sociedad Nuclear Americana. Fue miembro del comité de dirección de los laboratorios de investigación nuclear de Oak Ridge, y consejero de la Comisión Estadounidense de Energía Atómica. Además delNobel, recibió el premio Fermi en 1958, y el de "Atomos para la Paz" en 1960.
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