Công trình khoa học đầu tiên của ông là thời gian ở đài khí tượng thủy văn Paplov. Sau nhờ những khám phá về hiệu ứng áp điện khiến ông trở thành nhà vật lý nổi tiếng.

Năm 1932, ông bắt đầu nghiên cứu về vật lý nguyên tử. Chiến tranh thế giới thứ 2 bùng nổ khiến ông phải chuyển sang làm công việc kĩ sư thiết kế tàu chiến. Sau đó, vật lý nguyên tử được quan tâm mạnh hơn, ông được giao nhiệm vụ là tiếp tục sự nghiệp về năng lượng nguyên tử.Ông được cử làm Tổng công trình sư của dự án phát triển năng lượng nguyên tử nhằm nghiên cứu về các vũ khí nguyên tử.

Ngày 29 tháng 8 năm 1949, sau những năm tháng cặm cụi trong phòng thí nghiệm, quả bom nguyên tử đầu tiên do Liên Xô sản xuất đã được thử nghiệm thành công tại Semipalatinsky (Kazahstan), chấm dứt sự độc quyền về vũ khí nguyên tử của Hoa Kỳ.

Năm 1954, nhà máy điện nguyên tử đầu tiên trên thế giới ra đời ở Obninsk với sự đóng góp không nhỏ của tổng công trình sư, Kurchatov.

Những đóng góp to lớn của ông cho sự phát triển của vật lý nguyên tử Liên Xô và thế giới nói chung nhưng ông không hề đòi hỏi gì riêng cho mình. Sức khỏe ông bị suy kiệt do làm việc trong môi trường độc hại. Ông mất ngày 7 tháng 2 năm 1960 một cách lặng lẽ khi đang ngồi trên ghế trong viện an dưỡng ở thủ đô Moscow.

Tượng của ông đã được dựng ở nhiều nơi như: Ozyorsk, Chelyabinsk, Semipalatinsky.. để tưởng nhớ đến người đã có công công góp phần chế tạo ra quả bom nguyên tử đầu tiên ở Liên Xô.

.