I 1904 dro Hahn til University College London, der han sammen med William Ramsay forsket innenfor radiokjemi. Der oppdaget han , som han først trodde var et nytt radioaktivt element. Noen år senere viste det seg å være en isotop av thorium med massetall 228. I 1905 dro han til McGill-Universitetet i Montréal for å arbeide med Ernest Rutherford, men dro tilbake til Tyskland året etter, der han ble habilitert etter et år.