对量子力学、核物理、粒子物理以及统计力学都做出了杰出贡献，曼哈顿计划期间领导制造出世界首个核子反应堆（芝加哥1号堆），也是原子弹的设计师和缔造者之一，被誉为“原子能之父”。 费米拥有数项核能相关专利，并在1938年因研究由中子轰击产生的感生放射以及发现超铀元素而获得了诺贝尔物理学奖。 他是物理学日渐专门化后少数几位在理论方面和实验方面皆能称作佼佼者的物理学家之一。费米在统计力学领域做出了他第一个重大理论贡献。物理学家沃尔夫冈·泡利1925年提出了泡利不相容原理。费米依据这一原理对于理想气体系统进行了分析