1946年，錢三強和夫人何澤慧在居里實驗室共同發現了鈾核的三分裂和四分裂，被約里奧·居里稱為“第二次世界大戰後，他的實驗室第一個重要的工作”。這是一項足以問鼎諾貝爾物理學獎的偉大發現，只可惜當時的評委會被狹隘的民族偏見衝昏頭腦，並未正視錢三強夫婦取得的成果。
錢三強與居里夫婦
當然，如果錢三強夫婦繼續留在法國，在約里奧·居里和伊蕾娜·居里這對諾貝爾伉儷的指導下，仍有極大的可能衝擊諾貝爾獎。不過，此時的錢三強已無心留在法國，歸心似箭的他只想回到祖國貢獻自己的力量。
當時的中國貧窮、落後，原子能研究領域更是一片空白，不少同事都勸錢三強要珍惜自己的才華，不要回國埋沒了自己。還有人說，科學沒有國界，哪裡能夠最大限度地發揮自己的才能，哪裡就是自己最理想的居所。但錢三強卻說：科學沒有國界，但科學家卻有祖國！
錢三強
子不嫌母醜，兒不嫌家窮。事實上，錢三強在法國留學期間之所以不嫌累、不嫌苦，實驗室裡的什麼活兒都願意幹，為的就是熟悉物理研究的方方面面，回國之後能在一片空白的情況下組建實驗室、著手研究。對此，錢三強曾這樣說道：
我和澤慧都很清楚，繼續留在巴黎，對自己的科學工作當然是十分有利的；回到貧窮落後、戰火紛飛的中國，恐怕很難在科學實驗上有所作為。不過我們更加清楚的是：雖然科學沒有國界，但科學家都是有祖國的。正因為祖國貧窮落後，才更需要科學工作者努力去改變她的面貌。我們當年背井離鄉、遠涉重洋，到歐洲留學，目的就是為了學到先進的科學技術，好回去報效祖國。我們怎能改變自己的初衷呢？應該回到祖國去，和其他科學家一起，使原子核這門新興科學在祖國的土地上生根、開花、結果，我們渴望著回到離鄉十年之久的故土，決心為祖國的富強、進步，貢獻自己的力量。
約里奧·居里知道錢三強的想法後，雖感到可惜，但亦表示充分理解。約里奧說，如果換成他的話，他也會這樣做。不僅如此，約里奧還把一些尚未解密的研究資料及一些放射材料交給了錢三強夫婦。
1948年5月2日，錢三強與何澤慧帶著僅六個月大的女兒，義無反顧地踏上了迴歸祖國的客輪。從此，世界或許少了一位諾貝爾物理獎獲得者，但中國卻多了一位偉大的愛國科學家！
錢三強、何澤慧夫婦
錢三強回國後，第一時間攜妻帶女回到了老家湖州。他站在父親的墓碑旁（錢玄同於1939年逝世），想起了父親昔日對自己的殷殷教誨。他的父親是大名鼎鼎的錢玄同，曾任北京大學、北京師範大學文科教授，是新文化運動的一名大將，積極提倡簡化漢字及拼音。
錢玄同的思想有些偏激，但這是因為他看到了繁難的漢字無法普及大眾教育，痛心疾首的他只想儘快幫助這個國家成長起來。因為錢玄同是文學專家，錢三強從小便接受了很好的文科教育。後來錢三強對理工科產生了濃厚的興趣，錢玄同亦表示支援。在錢三強看來，只要能成為對國家有用的人，無論文理都一樣。
錢玄同
想到錢玄同的一生，錢三強更加堅定自己做出的選擇——肩挑起振興國家的重任，儘自己所能為祖國的建設添磚加瓦。隨後，錢三強應清華大學理學院院長葉企孫之邀，前往清華大學擔任物理系教授。同時，錢三強也與夫人何澤慧籌建了北平研究院原子學研究所，成為國內原子核物理研究的先驅。我們知道，以原子核物理為基礎的一系列武器，將會對未來世界格局產生深遠影響。
解放前夕，錢三強不顧壓力和危險，拒絕“南遷”，在北平繼續進行研究工作。1949年4月，錢三強以中國代表團團員的身份出席世界人民保衛和平大會。臨行前，深謀遠慮的錢三強建議借去巴黎開和平會議之機，帶些外匯（數萬美元）請約里奧·居里先生採購些緊缺而不可得的開展原子核科學研究的某些儀器裝置和圖書資料，以便避開封鎖帶回國內。
約里奧·居里
周恩來總理得知這一建議後，立刻便批准了。不久後，這些儀器和資料發揮了巨大的的作用。由此不難看出，錢三強極具前瞻性的戰略眼光，在當時就預見了中國不久後就要發展原子能，不愧為我國原子能科學事業的創始人。當然，周總理等領導人也極具戰略眼光，要知道當時拿出這一筆外匯是很不容易的。
新中國成立後，錢三強擔任了中國科學院近代物理研究所所長。錢三強以求賢若渴的態度，廣攬物理研究人才，彭桓武 、王淦昌 、朱洪元、趙忠堯、楊澄中等著名科學家都在錢三強的邀請下加入研究所。中國物理科研力量被整合在了一起，在1955年後發揮了巨大的作用。
王淦昌
1955年，我國經濟好轉，但在國際大環境中的處境仍不容樂觀。東西方兩大陣營對峙，美國還對我們實行核訛詐。面對美國的挑釁，毛主席果斷下了一個決定：研製屬於我們自己的核武器！
毛主席親自主持召開會議，專門研究原子能發展問題，作出了建立和發展中國原子能事業的戰略決策，從此中國開始了核武器研製的秘密歷程。毛主席沒有學過原子物理，因此他也並不託大，而是虛心地對錢三強等科學家說道：今天，我們這些人當小學生，就原子能的有關問題請你們來上一課。
錢三強與主席
錢三強早有準備，他把一臺蓋革計數器（一種專門探測電離輻射強度的記數儀器）放在會議桌上，隨後把鈾礦石放進口袋裡，然後從旁邊走過，計數器便立刻發出響聲，會場頓時想起了熱烈的掌聲。之後，錢三強為大家講述了核物理學的研究發展概況。
當錢三強講到核原理時，發生了一個非常有意思的插曲。毛主席提出了一個關於原子的內部結構問題：原子核是由中子和質子組成的，質子、中子又是什麼東西組成的？
毛主席雖然不是專業的原子物理研究者，但卻是一個偉大的哲學家、思想家，對於世界物理的進展也有持續的關注。事實上，早在1953年的時候他就曾與人討論過原子核的問題。但這個問題一出來，著實把錢三強問住了，因為當時世界上發現的最小物質就是質子、中子，各國科學家都將之稱為基本粒子。
錢三強
錢三強思索了一會兒，緩緩說道：根據現在科學研究的最新成果，只知道質子、中子是構成原子的基本粒子。所謂基本粒子，也就是最小的、不可分的。
毛澤東笑了笑，說道：我看不見得，從哲學的觀點來看，物質是無限可分的。原子、中子、電子也應該是可分的，一分為二，對立統一嘛！你們信不信？
毛主席的這個判斷，結合了中國傳統的莊子哲學、墨子哲學以及馬克思哲學。墨子曾說：非半不則不動，說在端。就是說一個東西只有不能再分出一半的時候，才是“端”，這個“端說”與“原子論”極為相似。莊子則說：一尺之棰，日取其半，萬世不竭。這是更為偉大的物質無限可分的觀點，比西方領先了兩千年。
莊子
數個月之後，毛主席的這一預言便得到了初步證實。美國科學家塞格勒和恰勃林先是發現了反質子，之後又發現了反中子。一年多後，毛主席在蘇聯的一次會議上再次強調無知無限可分的觀點：
在原子裡頭，就充滿矛盾的統一，有原子核和電子兩個對立面的統一，原子核裡頭又有質子和中子的對立統一。質子裡又有質子、反質子，中子裡又有中子、反中子。總之，對立面的統一是無所不在的……一分為二，這是個普遍的現象，這就是辯證法。
此時，我國的核物理研究已取得重大發展。1956年成立了主管原子能事業建設與發展的三機部(58 年改為二機部)，錢三強被任命為副部長，他是這個部的領導班子中唯一學過核科學的人。同年，研製原子彈被列入十二年科學技術發展規劃。兩年後，錢三強領導了原子反應堆的建設，並將鄧稼先等將做出突出貢獻的人才推薦到研製隊伍中。
鄧稼先
1960年，為了研究一種擴散分離膜，錢三強領導成立了攻關小組，經過4年的努力研究成功，成為繼美、蘇、法之後第4個能製造擴散分離膜的國家。1964年10月16日，中國第一顆原子彈爆炸成功。1967年6月17日，中國第一顆氫彈試驗成功。從東方發出的驚世巨響震驚了世界，用最有效的方式打破了超級大國的壟斷與訛詐，極為有力地提高了我國的國際地位。
就在第一顆原子彈爆炸成功不久前，中國科學院召開國際性北京科學討論會，五大洲 44 個國家和地區的 367 位科學家參加的科學盛會。毛主席接見各國代表團時，誇獎日本科學家坂田昌一文章寫得好，他提出了表明各種基本粒子也有其內部結構的“坂田模型”。由此不難看出，在錢三強等科學家嘔心瀝血進行研究時，毛主席也一直在關注最前沿的科學進展。
受毛主席的感染，我國一大批科學家也持續對離子結構進行了深入研究。1966 年年初，我國最頂尖的物理學家共同提出了基本粒子的“層子模型”理論，揭示強子（基本粒子中的一類，包括重子和介子）都是由更基本的粒子即層子所組成的。
這一理論的發表震驚了整個世界物理界，要知道當時許多科學家都認為“夸克”是最小的單位，並認為其實並不存在，只是一個純粹的數字符號。這些科學家中，就包括1979諾貝爾物理學獎獲得者格拉肖、溫伯格及薩拉姆。其中格拉肖被譽為粒子物理標準模型奠基人之一，大統一理論的開創者。
1977年，在美國夏威夷召開的 世界第七屆粒子物理學專題討論會上，格拉肖曾這樣說道：
洋蔥還有更深的一層嗎？夸克和輕子是否都有共同的更基本的組成部分呢？許多中國物理學家一直是維護這種觀念的。我提議把構成物質的所有這些假設的組成部分命名為'毛粒子（Maons）’，以紀念已故的毛澤東主席，因為他一直主張自然界有更深的統一。
格拉肖
對此，格拉肖還具體提出了幾點理由。因為按照毛主席的哲學思想，自然界有無限的層次，在這些層次內有一個比一個更小的東西無窮地存在著，未來的科學必將在尋找這些更小的存在的路上發展，毛主席的思想太偉大了！此外，在希伯來語中“ma”這個詞意味著“為什麼”，這也是物理學一直在回答的問題。
遺憾的是，格拉肖的這一提法並未在學術界得到廣泛認同，儘管他很快獲得了諾貝爾物理學獎。不過，“毛粒子”這個名詞也必將長久地留在中國人民的心中，就像毛主席本人的光輝思想一樣，就像毛主席領導中國取得的偉大成就一樣，就像錢三強、鄧稼先、錢學森等愛國科學家為中國做出的巨大貢獻一樣。