为中国核科学首届毕业生。毕业后，王乃彦进入原子能研究所的钱三强小组工作，从事中子能谱学研究。1959年赴苏联杜布纳联合核子研究所工作，1965年因中苏关系破裂回国。1966年至1980年，王乃彦在核工业部第九研究院工作。1986至1987年于日本名古屋大学等离子体物理研究所访问学习。1997年至2004年，王乃彦担任国家自然科学基金委数理学部主任，1993年当选为中国科学院院士。2004年，王乃彦获得世界核科学理事会全球奖。