20 世紀(jì)20 年代后期，人們已在探討加速帶電粒子的原理。到30 年代初，靜電、直線和回旋等類型的加速器已具雛形，人們在高壓倍加器上進(jìn)行了初步的核反應(yīng)實驗。利用加速器可以獲得束流更強、能量更高和種類更多的射線束，從而大大擴(kuò)展了核反應(yīng)的研究工作。此后，加速器逐漸成為研究原子核和應(yīng)用技術(shù)的必要設(shè)備。

　　在核物理發(fā)展的最初階段人們就注意到它的可能的應(yīng)用，并且很快就發(fā)現(xiàn)了放射性射線對某些疾病的治療作用。這是它在當(dāng)時就受到社會重視的重要原因，直到今天，核醫(yī)學(xué)仍然是核技術(shù)應(yīng)用的一個重要領(lǐng)域。

　　大發(fā)展時期 20 世紀(jì)40 年代前后，核物理進(jìn)入一個大發(fā)展的階段。1939 年，哈恩和斯特拉斯曼發(fā)現(xiàn)了核裂變現(xiàn)象;1942 年，費密建立了第一個鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)堆，這是人類掌握核能源的開端。

　　在30 年代，人們最多只能把質(zhì)子加速到一百萬電子伏特的數(shù)量級，而到70 年代，人們已能把質(zhì)子加速到四千億電子伏特，并且可以根據(jù)工作需要產(chǎn)生各種能散度特別小、準(zhǔn)直度特別高或者流強特別大的束流。

　　20 世紀(jì)40 年代以來，粒子探測技術(shù)也有了很大的發(fā)展。半導(dǎo)體探測器的應(yīng)用大大提高了測定射線能量的分辨率。核電子學(xué)和計算技術(shù)的飛速發(fā)展從根本上改善了獲取和處理實驗數(shù)據(jù)的能力，同時也大大擴(kuò)展了理論計算的范圍。所有這一切，開拓了可觀測的核現(xiàn)象的范圍，提高了觀測的精度和理論分析的能力，從而大大促進(jìn)了核物理研究和核技術(shù)的應(yīng)用。

　　通過大量的實驗和理論研究，人們對原子核的基本結(jié)構(gòu)和變化規(guī)律有了較深入的認(rèn)識�；�本弄清了核子(質(zhì)子和中子的統(tǒng)稱)之間的相互作用的各種性質(zhì)，對穩(wěn)定核素或壽命較長的放射性核素的基態(tài)和低激發(fā)態(tài)的性質(zhì)已積累了較系統(tǒng)的實驗數(shù)據(jù)。并通過理論分析，建立了各種適用的模型。

　　通過核反應(yīng)，已經(jīng)人工合成了17 種原子序數(shù)大于92 的超鈾元素和上千種新的放射性核素。這種研究進(jìn)一步表明，元素僅僅是在一定條件下相對穩(wěn)定的物質(zhì)結(jié)構(gòu)單位，并不是永恒不變的。天體物理的研究表明，核過程是天體演化中起關(guān)鍵作用的過程，核能就是天體能量的主要來源。人們還初步了解到在天體演化過程中各種原子核的形成和演變的過程。在自然界中，各種元素都有一個發(fā)展變化的過程，都處于永恒的變化之中。

　　通過高能和超高能射線束和原子核的相互作用，人們發(fā)現(xiàn)了上百種短壽命的粒子，即重子、介子、輕子和各種共振態(tài)粒子。龐大的粒子家族的發(fā)現(xiàn)，把人們對物質(zhì)世界的研究推進(jìn)到一個新的階段，建立了一門新的學(xué)科——粒子物理學(xué)，有時也稱為高能物理學(xué)。各種高能射線束也是研究原子核的新武器，它們能提供某些用其他方法不能獲得的關(guān)于核結(jié)構(gòu)的知識。