理论物理研究所研究员、副所长、所长。1960年代初开始核武器的理论研究工作，领导并参与了爆炸物理、辐射流体力学、高温高压物理、二维流体力学、中子物理等多个领域的研究工作，取得了许多具有实际价值的重要成果，为核武器的理论设计奠定了基础。1964年获得国家自然科学奖一等奖。1979年8月，周光召重返理论物理研究领域，任中国科学院理论物理研究所研究员，在基本粒子和统计物理等方面均作出了相当的贡献。1984年4月任中国科学院副院长。1985年获两项国家科技进步奖特等奖，1987年获中国科学院重大科技成果奖一等奖