ガリレオシリーズ
主人公。帝都大学物理学助教授(准教授)で、理工学部物理学科第十三研究室に所属。『沈黙のパレード』以降では教授に昇進している。帝都大学理工学部卒業。「爆ぜる」連載当時34歳。「曲球る」では38歳のプロ野球選手より少し年上、「猛射つ」では40歳前後、『沈黙のパレード』では40歳過ぎと表記されている。
物理学においては天才的な頭脳を持つほか、かなりの雑学的知識を有する。また、洞察力にもたけ、女性の職業を当てたことがある。その能力を駆使して草薙が持ち込む難事件を少ない情報で論理的に解決していくため、捜査一課からは「ガリレオ(先生)」とあがめられるほど。しかし、本人はその呼び名を嫌がっている。その素顔はベールに包まれていて、生活観を窺うことができない。夜遅くまで研究を続け、夕食も大学内で済ませているようである(ただし、時々自炊することもある)。かつて大学院2年の秋に、「磁界歯車(磁力を引き上げる実験)」を考案し、某アメリカ企業が買いに来たことがある。しかし、ごく限られた状況下でしか効果がないことがバレ、どこも相手にしなくなってしまった。この歯車は元々行っていたモノポールの証明が失敗したことで、別の角度から研究を行った結果生み出されたものである。純粋な科学者ほど失敗を受け入れず実験の積み重ねを無駄にしたくないとムキになるが、湯川は早々にモノポールの探索に見切りをつけ、「磁界歯車」に取り組んだと『ガリレオの苦悩』所収の「操縦る」で恩師の友永幸正が語っている。