1917-1922 között a budapesti József Műszaki Egyetemen (JME) vegyészmérnöki diplomát szerzett. 1923-tól Szarvasi professzor tanársegédjeként elektrokémiai kutatásokkal foglalkozott, ebből az időből öt publikációja jelent meg. 1926-ban megvédte doktori értekezését, majd két évig Berlinben a Kaiser Wilhelm Institut für Faserforschungban dolgozott, ahol Herzog irányításával természetes polimerek röntgendiffrakciós szerkezetvizsgálatával foglalkozott. Kimutatta, hogy a keményítők szerkezete függ származási helyüktől.

1928-ban csatlakozott H. L. Bragg manchesteri laboratóriumához, ahol egyedül, illetve W. H. Taylor és W. W. Jackson közreműködésével meghatározta a staurolit, majd a kianit nevű alumínium szilikátok szerkezetét. Megállapította, hogy a kianit szerkezete bennefoglaltatik a bonyolult staurolit szerkezetben. Az apofillit szerkezet meghatározásával kimutatták, hogy az nem tekinthető zeolitnak. Ezen felismeréseivel és a szilikát szerkezetek rendszerezésére vonatkozó ajánlásaival a kristálykémia egyik megteremtője. Legjelentősebb egyéni teljesítménye ebből a korai időszakból az apatit szerkezetmeghatározása.

1930-ban hazatért és Szegeden kollégiumi adjunktusként vállalt állást. 1931-től ugyanott az Eötvös kollégium igazgatója, s még ebben az évben "Az anyag szerkezete" című tárgykörből habilitált. A Rockefeller Alap és a Széchenyi Tudományos Társaság támogatásával Szegeden létrehozta az első egykristályok vizsgálatával foglalkozó magyarországi röntgendiffrakciós laboratóriumot, ahol Pócza Jenő és Sasvári Kálmán segítségével számos szervetlen vegyület kristályszerkezetét határozta meg, említésre méltó az alumíniumgyártásban fontos kriolit (Na3[A1F6]).

1938-ban W. H. Bragg javaslatára a budapesti JME Kémiai-Fizikai Tanszékének vezetőjévé nevezik ki; egyik indok, hogy az addig ismert 300 kristályszerkezet meghatározásból 18 N.-Sz. I. nevéhez fűződik. Ebben az időben írja meg a Gróh Gyula által szerkesztett Fizikai kémia című egyetemi tankönyvben a Kristályszerkezet című fejezetet. Ebből kiindulva születik meg 1944-ben 272 oldal terjedelmű Kristálykémia című könyve. Ennek logikus folytatása a "Szervetlen kémia" című nagy művének megalkotása, melynek I. kötete 1947-ben jelenik meg. A Műegyetemen eltöltött évtized legjelentősebb kutatási eredménye a perovszkit (CaTiO₃) vizsgálatából kiindulva bevezetett "testvérszerkezet" fogalom. Kimutatja pl., hogy a MgO, LiFeO₂ és a Li₂TiO₃ sor testvérszerkezeteket alkotnak. Ennek a felismerésnek az általános megfogalmazása: az elegykristályok elmélete.

1945-ben kutatói érdemeinek elismeréseként az MTA levelező tagjává választja. 1947-ben négy év börtönre ítélik, majd két évre internálják. Börtönévei alatt, amikor lehetséges, folytatja a Szervetlen kémia című könyvének írását. A három kötet végül 1956-1958 között jelenik meg. Az internálás után 1953-ban Korach Mór meghívására az Építéstudományi Intézet munkatársa lesz, ahol új kutatási osztályt szervez. Ebből az időből a legjelentősebb kutatási eredménye a Kovács Józseffel és Novák Andrással szabadalmazott "betonkratálási" eljárás.

1956-tól 1972-ben bekövetkezett haláláig az MTA Központi Kémiai Kutató Intézet alkalmazottja; igazgatóhelyettes, majd csoportvezető. "Elvett" akadémiai tagsága helyében 1959-ben a TMB kárpótlásul a kémiai tudomány doktora fokozatot adományozza neki. A Kristálykémiai csoportot megteremtve előbb üvegszerkezet kutatásokkal foglalkozik, majd Argay Gyulával és Kálmán Alajossal meghatározza számos tetraéderes oxianion (K₂Pb₂Si₂0₇, BeS0₄, Na₂Se0₄ és PbCrO₄) szerkezetét. Eközben elkészül (1965) az 1944-ben megjelent Kristálykémia című művének új átdolgozott és bővített kiadása, amit angol és orosz nyelvre is lefordítanak. 1963-tól élete végéig munkatársaival a korszerű diffraktometriás méréseken alapuló kvantitatív fázisanalízis kidolgozásával és gyakorlati alkalmazásával (kerámiai alapanyagok, talajok) foglalkozik.

1990-ben posztumusz Széchenyi díjban részesül.