钋源是用镭的溶液沉淀在一块银圆盘上制备成的，盘的直径为1厘米，放在直径为2厘米的纯铍圆盘近旁，然后一起密封起来，放入一个能被抽成真空的小容器中。查德威克使用的第一个电离室有一个13厘米的开口，上边覆盖一块具有一定阻止本领的铝箔，深度为15厘米。当把源容器放在电离室前面时，从示波器上可以探测到，偏转粒子数立即增加。当铍与计数器距离为3厘米时，偏转数接近每分钟4次。查德威克把厚金属片——甚至厚达2厘米的铅插入源容器和计数器之间时，示波器上的偏转数仍然明显地保持原水平，不见任何减少。这些偏转显然是由铍发射的穿透性辐射所造成的。当查德威克将厚铅片去掉而将一片大约2毫米厚的石蜡插在计数器前面的辐射通路上时，示波器上记录的偏转数出现了明显的增加。
这一增加是由于从石蜡中被打出的粒子进入了计数器造成的。
接着又对其他元素暴露在铍辐射下的效应进行了一系列的研究。每种元素被铍辐射后的射线轰击时，计数器观测到的偏转数都是增加的。接着，查德威克在费则博士的合作下，用膨胀室的方法对氮反冲原子进行了检验。这次，源容器直接放在一台清水膨胀室上方，以使大部分铀辐射穿过膨胀室。这种类型的云室是以突然减低压强的方法使气体冷却，从而造成蒸气在离子上凝结的原理进行工作的。他们在几小时的过程中观察到了大量的反冲径迹。它们在室中的目测射程有时达到56毫米，对膨胀进行校正后相当于标准空气中的3毫米左右。这些目测估计值是费则从用一台大型自动膨胀室在一系列初步实验中拍得的氮反冲径迹照片中得到的。现在，不同速度的氮的反冲原子的射程已经测量出来，分析这些实验结果，查德威克发现由铍辐射产生的氮的反冲原子至少应具有每钞4000千米的速度（射程越大，反冲原子的速度就越大），相当于大约12万电子伏特的能量。如果我们用量子的碰撞来解释反冲原子，要使碰撞后的反冲原子具有这么大的能量，就必须假定量子的能量约九百万电子伏特左右，这和能量守恒定律完全不符合。而量子碰撞过程中能量是守恒的，这是已经证明的事实。
总之，查德威克在大量重复实验过程中证明了铍辐射具有以下特点：第一，此辐射具有巨大的穿透本领，它们的巨大穿透力就意味着它们必然是电中性的（因为荷电粒子会受到原子内电场的偏转，这就是电中性的γ射线之所以比α或β射线穿透力强得多的原因）。这种辐射的速度仅为光速的十分之一，所以它属于γ射线。第二，如果这种辐射是γ射线，计算出γ射线的能量比约里奥·居里夫妇算得的还要大得出奇，并且当碰撞原子的质量增加时，还必须假想这种γ射线的能量越来越大，这与能量守恒原理和动量守恒原理都不相符合，决不可能使能量值与引起辐射的能量一致。这充分说明铍辐射不是γ射线。第三，任何能从原子核中打出质子的辐射，必须是由一些本身就应该相当于质子那么重的粒子所构成，所以这种粒子一定是一种迄今未发现的新粒子。
经过实验的观察，再加之大量的理论分析，至此，查德威克把直观认识、逻辑思维和实验研究结合起来，他大胆地提出这种铍辐射就是卢瑟福曾经预言而他自己寻觅已久的“中子”。
他认为铍辐射是由铍发出的，由质量与质子几乎相等而不带电荷的中性粒子，即中子组成的，他发现实验得出的结果和理论计算完全一致，其他物质的辐射也存在同样的情况。鉴于这些事实，中子的存在是毫无疑问了。就这样在约里奥·居里夫妇的文章发表后不到一个月，即1932年2月17日，查德威克宣布发现了“中子”。
对查德威克来说，就像卢瑟福说的一样，中子只不过是一个质子和一个电子的合成体，而不是以其名称存在的一种基本粒子。但查德威克并没有推测中子在原子核结构中的作用。中子发现后，人们纷纷来讨论它，中子在原子核的结构中起什么作用？它真的是一个质子和电子的合成体吗？德国物理学家、量子力学的著名先驱者之一沃纳·海森堡在1932年提出了一个新的理论，原子核由质子和中子组成，靠质子和中子间相互交换电子而保持在一块。也就是说，一个中子放出它的电子，变成一个质子，随后该电子被另一个质子获得，就又成为一个中子。在这里，海森堡仍然认为中子是一个质子和一个电子的合成体，因此实际上他仍把原子核看成是由质子和电子构成的。对于原子核的这种看法其实早已经是自相矛盾的了。原子核是由电子和质子组成的核的电子假说已经存在着许许多多的漏洞，用这种核的电子假说来解释当时的核物理所涉及的问题都得出矛盾的结果。为了解决这些矛盾，科学家们进行了极其艰苦的努力。最后一致认为，解决的办法就是假设中子是一种基本粒子，是和电子和质子一样的基本粒子。如果假设原子核是由质子和中子构成的，那么，由于中子质量与质子大致相同（这是实验已经验证的了），那么原子量就必然等于中子和质子的总数，而原子序数正好等于质子数，因为质子是原子核中仅有的带电粒子。他就是说，质子数和中子数分别由下列规则给出：原子序数等于质子数，中子数等于原子量减去原子序数。于是两者的和就是原子量。这个规则正是我们今天所使用的规则。
但是，任何一种假设都必须被实验所证实才能被人们所接受。1934年8月，查德威克通过用γ射线将氢（H2，即氘）原子核破碎成一个质子和中子，并对中子的质量进行了精确的测量，结果发现中子的质量不仅大于质子，而且大于质子、电子的质量之和，这就大大地动摇了查德威克的中子是质子和电子的复合粒子的观念。而后，判定中子是基本粒子的实验1936年在美国进行，在这个实验中，默尔图夫与海登伯格通过仔细的观测得出了核力与电荷无关的结论：核力对质子和中子的作用犹如质子和中子是孪生兄弟一样。人们在实验中证明了电子在被发射之前并不存在于原子核中，这与肥皂泡被吹出之前不存在于吹管中完全一样。从此以后，人们就再也不可能猜想中子不是基本粒子了。原子核是由中子和质子组成的，这解决了核的电子假说所面临的一系列困难，彻底否认了中子是复合粒子，普遍承认中子是一种基本粒子。
中子的发现是核物理发展史上的一个重大转折点。由于这项具有划时代意义的发现，1932年英国皇家学会授予查德威克休斯奖章，随后他又荣获1935年度的诺贝尔物理学奖。
有些人看到中子的发现，以为是靠神秘莫测的运气偶然发现的。事实并非如此。任何科学的进步都必须具备赖以成功的基本和条件，偶然的发现是孕育在历史的必然之中的。查德威克在发现中子以前，已是一位才华横溢的著名物理学家，是英国皇家学会会员，代理卢瑟福领导卡文迪许实验室的管理工作，并一直是卢瑟福的得力助手。即使在第一次世界大战期间，他被拘禁在德国鲁勒本时，仍然和其他几位难友组成一个科学协会，专心致力于β射线的研究。从战后到1923年，他担任了卡文迪许实验室放射性研究工作的助理指导，参与了卢瑟福在1919年进行的第一次人工核反应的研究工作。通过这一系列的实验工作，实验技能趋于成熟。1920年，卢瑟福在第二次贝克尔讲演中提出中子预言，给他留下了深刻印象。这样，他早在1923年就写信给卢瑟福说：“我本人认为我们必须对不带电荷的中子进行一次真正的研究。现在我已经有一个迫切的工作计划，但还是应该事先和阿克顿商量。”从这里，人们不难看出，早在他发现中子前10年，已为中子的研究作出了周密的计划，可以说，经过10年之久的长期探索，他才做出了发现中子的这一科学壮举，所以，查德威克作为中子的第一个发现者是当之无愧的。
查德威克治学严谨，办事可靠，以精通管理和实验技术而闻名。在卢瑟福任英国皇家学会主席后的10年中，卡文迪许实验室的实际工作是在查德威克负责下进行的。他继承了卢瑟福的传统，只用简陋的仪器，却以很高的灵感和物理直觉发现了中子。他宣布发现中子的论文描述了设计很好的简单实验，这是清晰的物理思想的楷模。一个实验物理学家必须是一个具有相当水平的理论物理学家，能够知道什么样的实验是值得做的，同时他又必须是一个有相当手艺的工匠，知道如何做这些实验。只有这两方面都能胜任的人才是一个优秀的实验物理学家。查德威克就是这样的杰出人物。
查德威克友善、慷慨、责任心强、乐于助人。在物质和资金非常有限的情况下，他都能让实习学生得到必备的设备。卢瑟福甚至有时还责备他对那些年轻人过于偏爱。
发现中子之后，他还不失时机地提到波特、贝克尔、韦伯斯特和约里奥·居里夫妇的成绩和贡献。1957年，即发现中子后的25年，他在论及约里奥·居里对科学事业的贡献时，曾特别提到他们夫妇俩的实验确是一个“提供发现中子线索的非常奇妙的途径”。的确，没有此人的失误，就没有彼人的成功，如果没有前人的工作，任何科学的进展都是不可能的。
查德威克于1891年10月20日出生在英国的曼彻斯特，并在曼彻斯特接受了中学教育。16岁时，他参加了两项考试获得了曼彻斯特大学两个奖学金，他选择了其中一个进了大学。1911年，他以一流的成绩在曼彻斯特大学毕业。他继续留在学校攻读硕士学们，在卢瑟福指导下与拉塞尔一起工作，继续盖革和波尔的研究事业。1913年，他取得了理科硕士学位，之后他又获得了一笔相当可观的研究奖金，他把这笔奖金完全用于自己的事业上，他需要更换实验室，以便扩大研究范围。当时盖革教授已经回到柏林，查德威克随后也去了该地师从盖革。盖革非常喜欢这个执著上进的小伙子，他高兴地把查德威克介绍给周围的人，使他有幸结识了包括爱因斯坦、哈思和梅特纳在内的柏林科学家。不料第一次世界大战爆发了，他被整整拘禁了4年。战后，他于1918年12月返回曼彻斯特大学在卢瑟福的指导下工作，1919年又随卢瑟福来到英国剑桥大学卡文迪许实验室。
查德威克后来应聘到冈维尔和凯恩斯学院工作，并任卡文迪许实验室副研究主任。1927年被选为皇家学会会员，1945年获爵位。1935年～1948年主持利物浦大学里昂琼斯物理学讲座，之后，他在美国工作，担任制造原子弹的“曼哈顿计划”的英国代表团团长。曾任剑桥大学冈维尔和凯恩斯学院院长，并兼任过联合国原子能管理局委员。
查德威克发表过许多关于放射性及其他有关内容的文章。同卢瑟福勋爵和埃利斯合著的《放射性物理的辐射》一书，在辐射的核物理领域中占据了多年的权威地位。
他的一生除了获得诺贝尔奖之外，还获得了科普利奖章和费城富兰克林奖章，他既是许多物理研究所的名誉会员，曾获得多所大学的名誉博士称号，又是许多外国科学院和学术组织的名誉成员。
他于1935年同利物浦富商之女艾林·斯图尔特·布朗结婚，生有一对孪生女儿。1974年7月24日逝世，终年83岁。查德威克的一生可以说是为科学奉献的一生。他为人类、为科学所作出的贡献是不可低估的。
开创新时代
中子的发现，对于核物理的发展具有决定性的意义：它作为物理学史上的最重要实验之一，是查德威克的殊荣，这将作为这位实验物理学家的伟大发现载入史册。1932年以前的一切都属于核物理的史前史，1932年才开始了核物理时代，因为1932年查德威克发现了中子。
中子的发现，是原子核物理发展史上的一个里程碑，具有划时代的深远意义。首先，中子的发现，使人们有了原子结构的新概念，搞清了核的基本组成，彻底否定了核的电子假说，为其后的核结构和核反应研究开辟了崭新的道路。其次，由于有了中子，使人们对原子量与原子序数的关系，以及原子核的自旋、稳定性等原子核的特性问题，有了新的认识。并且，人类对中子的研究和应用推动了核物理的飞速发展。中子的发现开创了一个新的时代，其中把中子作为轰击原子的“新型炮弹”，导致具有划时代意义的重要发现——铀核裂变，是人类步入核能时代的第一声春雷。
中子被发现了，它的历史曲折而又富有戏剧性。但是，不论怎样，它的发现凝聚了许多科学家的辛苦劳动，这一点是不可否认的，我们从中应该体会到，科学上的任何发现与发明，都不是单凭一朝一夕就能一帆风顺地实现的。它需要长期的艰苦的劳动，更需要有牢固的理论基础和解决各种复杂问题的能力。所以，立志为祖国的未来而奋斗的少年朋友，你们应该从小树雄心，立大志，努力学好科学文化知识，培养坚强的毅力，以科学前辈为榜样。虽然科学家是伟大的人物，但同时他们也是人类中平凡的一员，只要有决心，他们的成就并不是高不可攀的。相信在不久的将来，会有更多的像查德威克一类的人物出现。