1919' dan 1935' e kadar Cambridge'de çalıştı. Farklı nükleer fizik problemlerini, özellikle çekirdeklerin yüklenmesini ve elementlerin alfa ışınlarıyla, sunî parçalanmasını inceledi.
1923' de Cavendish laboratuarı "araştırmalar bölümü" müdür yardımcısı, 1927' de Royal Society üyesi oldu. 1935' de Liverpool üniversitesi "fizik kürsüsü" ne geçti. 2. Dünya savaşında, Los Alamos'daki İngiliz atom araştırmalarını yönetti.
Daha sonra Cambridge'de bir kolejin müdürlüğüne getirildi (1948). Döteryumun gama ışınlarıyla parçalanmasını sağlayarak, nükleer fotoelektrik etkiyi buldu. 1932' de nötronun yapısını keşfetti ve 1935' de Nobel fizik ödülünü aldı. sir James Chadwick 1974' de Cambridge'de vefat etti.
