Especializado en física atómica y familiarizado con las herramientas cuánticas, propuso en 1935 una original teoría que explicaba la naturaleza de las fuerzas nucleares fuertes haciendo uso de una partícula, el mesón, cuya masa se sitúa entre los valores de protón y electrón como medio de intercambio, una teoría análoga a la vigente en electrodinámica cuántica, que explica la interacción entre cargas eléctricas por medio del intercambio de fotones.

[3]​ Al descubrirse en 1947 una de estas partículas —el pion— entre los rayos cósmicos, la comunidad científica internacional comenzó a tomar en serio su hipótesis.

Aunque posteriormente se descubrieron nuevos mesones que hacían inviable su modelo, la teoría de mesones hizo avanzar notablemente la física de partículas subatómicas, y sigue siendo utilizada con fines de cálculo aproximado en muchos casos.

Desde el año 1947 sus investigaciones en partículas subatómicas versaron sobre la teoría de los campos no locales.

En 1955, junto con otros diez científicos e intelectuales, firmó el Manifiesto Russell-Einstein en pos de un desarme nuclear.