А. Ф. Иоффе он занимается диэлектриками. В результате этих работ был открыт новый класс диэлектриков — сегнетоэлектрики. В 1931−32 годах провёл ряд исследований по физике полупроводников — изучал фотоэлементы с запирающим слоем.
В 1934 году за работы по сегнетоэлектрикам, диэлектрикам и полупроводникам Игорю Васильевичу Курчатову присуждается степень доктора физико-математических наук без защиты диссертации.
В 1932 году Курчатов начинает заниматься ядерной физикой. К этому времени ярко проявляются его таланты создателя и руководителя научных коллективов.
Совместно с сотрудниками создаёт в 1933 году высоковольтную установку и ускоритель протонов. В 1934 году начинает исследования по физике нейтронов.