古代人夢想的鍊金術首先被盧瑟福實現，他用天然放射性物質發射出的高速α粒子（即氦核）轟擊氮核，得到了氧核。1934年1月，約里奧·居里夫婦發現了人工放射性，即用α粒子轟擊穩定原子核產生了放射性同位素。但是，用α粒子不能使原子序數大於20的原子核分裂，只有較輕的原子核才能被α粒子轟擊分裂。費密想到了用中子來轟擊原子核，他認為，對於原子核裂變來說，中子具有特別合適的轟擊能力。α粒子帶正電，當它靠近原子核時會受到很強的排斥力，從而偏離原子核，而中子不帶電，它可以不受任何阻礙，一直前進到與原子核發生碰撞。在同事的幫助下，費密用中子轟擊了週期表中的所有元素，並辯認了因此而產生的具有放射性的元素。

後來，費密和他的同事觀察到：把中子源和被轟擊的物體放在大量石蠟中，放射性會增加很多倍。水也會產生類似的效應。費密用“慢中子”解釋了這一現象。他認為，由於質子和中子的質量相等，所以當快中子與靜止的質子發生碰撞時，快中子損失能量變為“慢中子”，慢中子與重原子核的反應截面比快中子大得多。慢中子的發現為後來研究重核裂變的鏈式反應和原子核反應堆的理論設計奠定了基礎。