中子的发现，为原子物理学带来了一系列理论变革，是人类打开核能利用大门的一把钥匙。
1920年，着名英籍新西兰物理学家卢瑟福提出了一个大胆的设想：
原子核内不仅有质子，而且还有一种不带电的中性物质中子。
从1921年开始，卢瑟福的得力助手和学生查德威克，根据老师的预言，目标十分明确地进行这一研究和探索。由博特等人的偶然发现引出约里奥·居里夫妇的研究，再启发查德威克发现中子，前后历经了11年。
1928年—1930年，德国物理学家博特和贝克发现用粒子轰击铍时，会产生一种穿透力很强的前所未见的射线。他们误认为这是一种辐射。这一偶然发现引起居里夫人的女儿、女婿的注意，1931年—1932年，他们也重做了类似的实验。他们让铍发出的射线通过石蜡，发现石蜡的质子被打出来了。当时谁也没有发现射线有如此性能。本来，小居里夫妇离发现中子只有一步之遥了，但他们却说发现了射线的新作用而坐失良机。
当查德威克看到小居里夫妇的论文时，马上想到卢瑟福的预言，想到这种新射线也许正是他10年来寻求未果的中子。
他立即重复了小居里夫妇的实验，用粒子轰击铍时，果然产生了一种从未见过的穿透力很强的射线。他又用这种射线来穿铅板，当它穿过4.7×10米厚的铅板后强度才衰减一半，特别是当在铍板和测量仪器之间放置一块含氢丰富的石蜡时，仪器记录的粒子数猛然增多。
他敏感地意识到曙光就在眼前。
接着，查德威克又做了一系列实验，研究它的各种性质：在磁场中不偏转，说明是中性粒子流；速度约为光速的1/10，因而不是射线。把它与氢气和氮气作用时，测得打出的氢核和氮核具有最大速度，从而算出它的质量约为质子的1.15倍。最终查德威克认定这种中性射线确实是一种中性粒子。
在起草研究论文时，他接受了美国化学家哈金斯的建议，命名这一中性粒子为“中子”。
1932年2月17日，查德威克给《自然》杂志写了一篇题为《中子可能存在》的论文，宣布了中子的发现，这离小居里夫妇的论文发表不到一个月。查德威克在物理学上有很多成就，而中子的发现无疑是他最重要的贡献。
1935年，查德威克因此而荣获诺贝尔物理学奖。中子是人类继发现电子、质子之后的第三个基本粒子。中子不带电，因而很容易接近甚至打进原子核中去，所以中子是人类打开核能利用（如原子弹、中子弹、核电站等）的大门的一把钥匙。
这一重大发现，为原子物理学带来了一系列的理论变革。就在1935年，德国青年物理学家、量子力学创始人之一的海森堡，根据查德威克的新发现，再次修改了原子核模型，提出原子核是由质子和中子组成的新模型。
有人说：这个发现是20世纪100项最重要的发现之一。如果没有中子的发现，就没有今天的物理学理论，也就没有与物理学有密切联系的现代科学技术。