Работы посвящены ядерной физике, ядерной химии, ядерной технике. Вместе с Ирен Кюри в 1928 году начал систематическое исследование ядерных реакций, вызываемых альфа-частицами при облучении ими легких ядер, используя для этого самый мощный в то время источник альфа-частиц - препарат полония интенсивностью 200 милликюри. С помощью усовершенствованной камеры Вильсона они наблюдали распад отдельных атомов и изучали явления, обусловленные прохождением альфа-частиц через вещество. Воспроизведя с некоторыми изменениями известные в то время опыты Боте-Беккера для получения так называемого бериллиевого излучения, супруги Жолио-Кюри обнаружили способность этого нового излучения выбивать ядра атомов вещества, через которое оно проходит. Эффект выбивания ядер они продемонстрировали, сфотографировав с помощью камеры Вильсона следы, образованные выбитыми ядрами водорода, гелия и азота. Исходя из опытов Жолио-Кюри и несколько изменив их, Джеймс Чедвик показал, что излучение, ответственное за выбивание ядер, представляет собой поток нейтральных частиц - нейтронов. Так была открыта загадка бериллиевого излучения, и опыты Ф. и И. Жолио-Кюри сыграли при этом решающую роль.

В последующих работах исследовал свойства нейтронов и различные типы ядерных реакций, в которых образуются нейтроны. В 1934 году показал, что масса нейтрона несколько больше массы протона, это свидетельствовало о нестабильности нейтрона. Фредерик и Ирен Жолио-Кюри в 1933 году первые получили фотографию со следами электрона и позитрона, рожденных гамма-квантом (образование пар), и в том же году Ф. Жолио-Кюри вместе с Ж. Тибо первый наблюдал аннигиляцию электронов и позитронов.

В 1934 году супруги Жолио-Кюри открыли явление искусственной радиоактивности, вызванной быстрыми альфа-частицами (Нобелевская премия по химии, 1935) и получили ряд искусственных радиоактивных изотопов, открыли новый тип радиоактивности - позитронную. Ф. и И. Жолио-Кюри предсказывали, что искусственная радиоактивность может быть вызвана также нейтронами, дейтронами, протонами.

Ф. Жолио-Кюри почти одновременно с О. Ганом и Ф. Штрассманом экспериментально открыл явление деления урана нейтронами и одним из первых пришел к выводу, что процесс деления ядер уранов на осколки должен сопровождаться появлением новых нейтронов и вычислил (май 1939) количество излучаемых вторичных нейтронов. Тогда же Ф. Жолио-Кюри увидел возможность развития в уране цепной ядерной реакции с выделением огромной энергии путем взрыва. В 1939-1940 годах он разработал ряд технологических проектов освобождения ядерной энергии.

В 1939 году с сотрудниками начал работы по сооружению ядерного реактора на тяжелой воде. Были выполнены первые измерения эффективного сечения захвата тепловых нейтронов ядрами дейтерия. Однако в мае 1940 года исследования были прерваны оккупацией Франции фашистскими захватчиками (1940-1944). Ближайшие его помощники Х. Халбан и Л. Коварски вывезли документацию и запас тяжелой воды в Англию, а сам Жолио-Кюри остался в оккупированной Франции, где свои знания использовал для борьбы с оккупантами, в его лаборатории в Коллеж де Франс изготовлялась взрывчатка. Был участником Движения Сопротивления, возглавлял организацию "Национальный фронт". После войны он возобновляет и развивает ядерные исследования. Уже в начале 1948 года осуществляет запуск первого французского циклотрона, а в декабре 1948 года - экспериментального ядерного реактора на тяжелой воде.

Ф. Жолио-Кюри - выдающийся общественный деятель. С 1950 года - председатель Всемирного Совета Мира, в 1950 году выступил инициатором Стокгольмского возвания. За деятельность в защиту мира в 1951 году удостоен Международной Ленинской премии "За укрепление мира между народами". С 1947 года президент общества "Франция-СССР", один из основателей и президент (с 1946 года) Всемирной федерации научных работников. Президент Французского физико-химического общества (1936-1938).

Член многих академий наук и научных обществ, в том числе иностранный член АН СССР (1947). Медали Пьера Кюри (1923), К. Маттеучи (1932), Д. Юза (1947), А. Лавуазье (1954).

Литература.
Ю. А. Храмов. "Физики". Биографический справочник, 1983.