費(fèi) 米小組發(fā)現(xiàn)慢中子在引起放射性粒子發(fā)射上特別有效（中子電中性，打擊原子核時(shí)不用像帶正點(diǎn)粒子需要克服電磁斥力）。他將這一方法成功地用于一系列元素。由 于他的用慢中子轟擊實(shí)現(xiàn)核反應(yīng)和鑒別用中子轟擊產(chǎn)生出的許多新同位素研究成果，而獲得理論物理學(xué)界的一致認(rèn)同。后來(lái)費(fèi)米領(lǐng)導(dǎo)組織了著名的曼哈頓工程，他主 要負(fù)責(zé)產(chǎn)生可控自持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)工作。他設(shè)計(jì)并領(lǐng)導(dǎo)建成世界上第一座原子核反應(yīng)堆，實(shí)現(xiàn)第一次自持鏈?zhǔn)胶朔磻?yīng)。

費(fèi)米在理論物理學(xué)方面也成就卓 著，對(duì)理論物理學(xué)和實(shí)驗(yàn)物理學(xué)均做出重大貢獻(xiàn)。根據(jù)泡利不相容原理，他和英國(guó)物理學(xué)家狄拉克（Paul Adrien Maurice Dirac，1902.08.08-1984.10.20）認(rèn)為不可分辨的全同粒子的集合體能夠在一系列的分離態(tài)中按某種方式分布。由此他們提出了這種分 布的量子統(tǒng)計(jì)法，稱為費(fèi)米-狄拉克統(tǒng)計(jì)。凡適用這一統(tǒng)計(jì)的粒子，如電子、質(zhì)子和中子均稱為費(fèi)米子。與麥克斯韋-玻爾茲曼統(tǒng)計(jì)、玻色-愛因斯坦統(tǒng)計(jì)一起被理 論物理研究廣泛使用。另外，他還提出可以方便地表征金屬固體的電性狀和熱性狀的一種抽象界面，稱為"費(fèi)米面"；固體里對(duì)電子束縛力最小能級(jí)，稱為"費(fèi)米能 量"。他首創(chuàng)了β衰變理論，是弱相互作用理論的前導(dǎo)，以他名字命名的有費(fèi)米黃金定則、費(fèi)米液體及費(fèi)米常數(shù)等等。費(fèi)米被公認(rèn)為二十世紀(jì)的首席物理大師之一。