Esaki er kjent for sin oppfinnelse av Esaki-dioden som utnyttet tunnelfenomenet. Denne forskningen ble gjort mens han var med Tokyo Tsushin Kogyo (nå kjent som Sony). Han studerte fysikk ved Universitetet i Tokyo hvor han fikk en Bachelor of science i 1947 og en filosofisk doktorgrad i 1959. Han flyttet til USA i 1960 og ble en del av IBMs Thomas J. Watson Research Center hvor han ble partner i 1967.