请抵台担任其在台北帝国大学（现在的国立台湾大学）物理学讲座的助手。之后在1934年7月25日于该处与荒胜文策教授共同建造直线粒子加速器，成功在台湾做出亚洲第一次人工撞击原子核实验。他在1951年美国解除自二战以来对日本核物理实验的禁止后，接手重启的京都大学核子物理研究室。参与成立与，并对日本的原子核与放射线研究领域之创立有所贡献。木村毅一曾任京都大学教授、京都大学原子炉实验所所长、大坂府立放射线中央研究所所长、以及福井工业高等专门学校校长。此外，他是京都大学名誉教授，并曾获勲二等旭日重光章。