Fisico, allievo e collaboratore di Rutherford, con cui studiò i decadimenti radioattivi dei nuclei.
Compì a Cambridge importanti ricerche sulla diffusione delle particelle alfa attraverso lastrine metalliche, arrivando così a determinare le cariche nucleari di parecchi atomi.

Partecipò alle prime esperienze di Rutherford sulla disintegrazione dell'atomo e nel 1932 scoprì il neutrone come costituente neutro dei nuclei, confutando parte delle teorie esistenti sulla struttura nucleare. Per questo risultato è stato insignito del premio Nobel per la Fisica nel 1935.

Nel 1935 arrivò a scindere un atomo di idrogeno pesante in un neutrone e in un protone per irradiazione dei raggi gamma, realizzando il primo esempio di effetto fotoelettrico nucleare.

E' stato professore di fisica all'università di Liverpool (1935) e in quella di Cambridge (1938).