1941年，王淦昌提出了验证中微子存在的实验方案并为实验所证实。1953年到1956年，他领导建立云南落雪山宇宙线实验站。1959年他领导的一个研究小组，在世界上首次发现反西格马负超子。1961年开始，他参与了我国原子弹、氢弹的研制工作。1964年，他独立提出了用激光打靶实现核聚变的设想，成为世界激光惯性约束核聚变理论和研究的创始人之一。1984年，他又领导开辟氟化氪准分子激光惯性约束聚变研究新领域。1986年3月，他与王大珩等一起提出“关于跟踪研究外国战略性高技术发展的建议”，受到邓小平同志的高度重视，以此为契机，国家制定了“863”计划。他是中国科学院学部委员（院士），1999年中共中央、国务院、中央军委授予他“两弹一星”功勋奖章。

1929年毕业于清华大学物理系，1930年赴德国柏林大学留学，在迈德纳（Lise Meitner）教授指导下从事β衰变能谱研究，1933年获博士学位。1934年回国任山东大学教授，1936年后任浙江大学教授。他是我国实验原子核物理、宇宙射线及基本粒子物理研究的奠基人之一，也是我国核武器研制的主要奠基人之一。 抗日战争时期，浙江大学内迁贵州湄潭不久，他独具卓见地提出了验证中微子存在的实验方案，然而在当时的困难条件下无法实施。他写了一篇短文发表在1942年1月美国的《物理评论》上，不久，美国阿伦博士（J·S·Allen）按照这一建议初步证实了中微子的存在；以后，实验核物理学家们依照他的方案不断研究，进一步确认了中微子的存在。 1947年，王淦昌教授在美国利用宇宙线研究了μ介子衰变特性。回国后，在浙江大学因陋就简地筹建了宇宙线实验室。解放后，1950年到中国科学院近代物理研究所工作，1952年任该所副所长。1953～1956年，他领导建立了云南落雪山宇宙线实验站，利用多板云雾室和磁云雾室研究基本粒子及其相互作用，取得了一大批奇异粒子事例，研究了奇异粒子性质，使我国宇宙线研究进入了当时国际先进行列。 1956年，奉派苏联杜布纳联合原子核研究所工作，1958任该所副所长，他直接领导的研究组发现了反西格玛负超子（∑—），成为该所一百亿电子伏质子同步稳相加速器上最重要的科研成果。 1960年从苏联回国，次年三月调任核工业部第九研究院副院长，他不仅参与了我国原子弹、氢弹原理突破及第一代核武器研制的实验研究和组织领导，而且在爆轰试验、固体炸药工艺研究和新型炸药研制，以及射线测试和脉冲中子测试方面，指导解决了一系列关键技术问题。在开展地下核试验过程中，研究与改进测试方法，使我国用很少次数的试验，就基本上掌握了地下核试验测试的技术关键。1964年起，在激光打靶实现核聚变的科学设想方面又取得了卓有成效的进展。1978年，任核工业部副部长兼原子能研究所所长后，还亲自领导一个研究室，从事粒子束驱动核聚变基础研究和电子束激发的准分子激光的研究。