纪初，罗伯特·密立根在芝加哥大学的莱尔森物理实验室（Ryerson Physical Laboratory）进行了油滴实验、首次测量出电子的电量，获得1923年诺贝尔物理学奖。 曼哈顿计划期间，大批物理学家聚集在芝加哥大学。1942年12月2日，恩里科·费米、利奥·西拉德、阿瑟·康普顿等人在芝加哥大学建成世界上第一座可控原子核裂变链式反应堆（芝加哥1号堆），使它达到临界状态，产生可控的核裂变链式反应。这一成就是原子能时代的一个重要里程碑，为两年后的原子弹诞生奠定基础，芝加哥大学也因此被称为「原子能诞生地