还为粒子物理学做出一些重要贡献，其中包括他对于π介子以及μ子的研究。他首次预测了π介子-核子共振。他在这些研究中主要采用统计方法，因为他知道在理论不甚精确时不必求得精确解。在一篇与杨振宁联合署名的论文中，费米推测π介子可能是一种复合粒子。这个猜想后来被坂田昌一发展为坂田模型。最终坂田模型又被夸克模型取代。在这一模型中，π介子是由夸克组成的。这一模型最终完善了费米模型，并验证了他的方法的正确性。费米还曾做过宇宙射线的相关研究。他认为宇宙射线是由在星际空间中受磁场作用加速的物质粒子产生的。但这与泰勒的看法相