Prvým bol v Ríme Enrico FERMI už roku 1934 a ostatné laboratóriá sa rýchlo pripojili k tejto perspektívnej problematike. V Nemecku (v Ústave cisára Wilhelma v Berlíne-Dahleme) bola najvýznamnejším odborníkom v rádiochémii Lisa Meitnerová, vo Francúzsku Iréne Joliotová-Curieová. Škoda, že tieto dve geniálne ženy ,,nenašli v sebe zaľúbenie“, žiarlili na seba a ich vzájomná nevraživosť sa prenášala aj na ich spolupracovníkov. Keď koncom roku 1938 Otto Hahn so svojimi spolupracovníkmi dokázali chemickou cestou štiepenie uránu pri ostreľovaní neutrónmi, Joliot-Curie krátko nato podal originálny fyzikálny dôkaz tejto novej jadrovej reakcie. Zdá sa nepochybné, že Joliot-Curie práve tak ako predtým Fermi pri ožarovaní uránu neutrónmi uskutočnili štiepenie uránu, ale úkaz nespozorovali.
Joliot-Curie spolu s H. Halbanom a L. Kowarským vzápätí objavili, že pri štiepení vznikajú dva až tri nové neutróny. Tým sa otvárala cesta k uskutočneniu reťazovej štiepnej reakcie. Joliot-Curie so svojimi spolupracovníkmi sa hneď začal zaoberať meraniami potrebnými na výpočet jadrového reaktora: predbežné výsledky uverejnil už začiatkom roku 1939 v anglickom časopise Nature. Zakrátko nato sa začal druhá svetová vojna. Po vojne roku 1946 Joliota-Curieho menovali za hlavného komisára francúzskeho Komisariátu pre atómovú energiu. V pevnosti Chatillon pri Paríži pod jeho vedením uvedú do prevádzky prvý francúzsky jadrový reaktor Zoe. Joliot odmietol zúčastňovať sa na vývoji a výrobe francúzskych jadrových zbraní. To, ako aj jeho politické presvedčenie a činnosť spôsobili, že ho roku 1950 odvolali z funkcie hlavného komisára.
Svoju vedeckú autoritu zasvätil boju za zákaz atómových zbraní. Prvý podpísal známu Štokholmskú výzvu proti atómovej bombe a zapojil sa do činnosti Svetovej rady mieru.
Dlhodobá práca s rádioaktívnymi preparátmi zanechala na zdraví manželov Joliotovcov stopy a začala si vyberať krutú daň. Po dlhej chorobe zomrela Iréne (17. marca 1956). Frédéric, hoci bol vtedy už sám ťažko chorý, nastupuje na jej miesto na Sorbonne a preberá po nej i miesto riaditeľa Ústavu rádia. O dva roky (14. augusta 1958) zomiera v nemocnici Saint Antoine v Paríži i Frédéric Joliot-Curie.