古代人梦想的炼金术首先被卢瑟福实现，他用天然放射性物质发射出的高速α粒子（即氦核）轰击氮核，得到了氧核。1934年1月，约里奥·居里夫妇发现了人工放射性，即用α粒子轰击稳定原子核产生了放射性同位素。但是，用α粒子不能使原子序数大于20的原子核分裂，只有较轻的原子核才能被α粒子轰击分裂。费密想到了用中子来轰击原子核，他认为，对于原子核裂变来说，中子具有特别合适的轰击能力。α粒子带正电，当它靠近原子核时会受到很强的排斥力，从而偏离原子核，而中子不带电，它可以不受任何阻碍，一直前进到与原子核发生碰撞。在同事的帮助下，费密用中子轰击了周期表中的所有元素，并辩认了因此而产生的具有放射性的元素。
后来，费密和他的同事观察到：把中子源和被轰击的物体放在大量石蜡中，放射性会增加很多倍。水也会产生类似的效应。费密用“慢中子”解释了这一现象。他认为，由于质子和中子的质量相等，所以当快中子与静止的质子发生碰撞时，快中子损失能量变为“慢中子”，慢中子与重原子核的反应截面比快中子大得多。慢中子的发现为后来研究重核裂变的链式反应和原子核反应堆的理论设计奠定了基础。
