Már 30 éves korában a fizikai tudományok doktora, egyetemi tanár volt. Kezdetben a dielektrikumok problémáival foglalkozott, s csak amikor Ioffe meghívására a leningrádi Műszaki Fizikai Intézethez került, akkor kezdett a mesterséges radioaktivitással és az uránhasadással behatóbban foglalkozni. Az intézetben ő vezette ezt a kutatómunkát. 1940 elején már közleményei jelentek meg a nyugati szaklapokban az uránhasadásról. 1946. december 24-én este öt munkatársával együtt begyújtotta az első szovjet atomreaktort. Nevét nemcsak a Kurcsatov Intézet, hanem a 104-es rendszámú transzurán elem is őrzi, amit kurcsatóviumnak neveztek el.