С первых дней работы в ЛФТИ Курчатов не жалел ни сил, ни времени для разрешения сложных проблем. Он не терпел никаких преград, его не смущают отсутствие нужных материалов, приборов, оборудования. Сплотив вокруг себя таких же энтузиастов, он преодолевает все преграды и добивается существенных результатов.
В 1933 году Курчатов соорудил небольшой циклотрон для изучения элементарных частиц. Искусственная радиация становится главной темой его исследований, он плодотворно работает в этом направлении вместе со своими последователями: К. Д. Синельниковым, И. В. Флеровым, Л. И. Русиновым, К. А. Петржаком, Т. Никитинской и другими.
В марте 1933 года Игорь Васильевич выступил на заседании ядерного семинара института с докладом о расщеплении атомного ядра и других работах Резерфорда. Многим участникам этот доклад прояснил сложные в то время проблемы. Осенью 1933 года в ЛФТИ прошла первая Всесоюзная конференция по атомному ядру. Она показала, что многие советские ученые не уступают своим зарубежным коллегам. В 1934 году Н. Н. Семенов опубликовал книгу по цепным Реакциям, за которую впоследствии получил Нобелевскую премию. В 1935 году И. В. Курчатов и Л. И. Арцимович открыли явление захвата нейтрона протоном и определили основные характеристики этого процесса. В то же время Курчатов работает на первом в Европе цикло троне Радиевого института и добивается положения ведущего специалиста в этой сложной области науки и техники. Игорь Васильевич по долгу трудится в Украинском физико-техническом институте УФТИ, одном из лучших институтов страны.
В 1937 году Курчатов становится заведующим кафедрой экспериментальной физики ЛФТИ. В том же году в Москве состоялась вторая Всесоюзная конференция по атомному ядру. За прошедшие 4 года количество научных работников по этой тематике увеличилось в 5 раз.
Как уже упоминалось, в 1939 году последователи Курчатова Г. Н. Флеров и К. А. Петржак, при непосредственном участии и поддержке Игоря Васильевича, открыли самопроизвольное, спонтанное деление урана. На очереди были другие открытия, институт оснащался по последнему слову техники отечественной аппаратурой и оборудованием 22 сентября 1939 года в ЛФТИ начато строительство самого мощного в Европе циклотрона с электромагнитом массой 75 тонн. Его предполагали ввести в эксплуатацию в начале 1942 года. Электромагнит был уже изготовлен на заводе «Электросила».
В 1939 году Курчатов обратил особое внимание на возможность получения трансуранового элемента с массовым числом 239, который будет схож по своим свойствам с ураном-235, новый элемент может быть использован как в мирных, так и военных целях.
