Ydintutkijat työskentelevät akateemisessa, teollisessa ja lääketieteellisessä ympäristössä tutkiakseen atomin ytimissä ja niiden ympärillä olevia perushiukkasia. Monet tutkijat ovat erikoistuneet teoreettiseen fysiikkaan ja suorittavat yksityiskohtaisia laskelmia ymmärtääkseen paremmin hiukkasten toiminnan ja ennustaakseen niiden käyttäytymisen hypoteettisissa tilanteissa. Ydintutkija voi myös työskennellä soveltavassa tutkimuksessa, suorittaa kokeita ja auttaa kehittämään uusia tekniikoita, jotka perustuvat ydinfysiikan ja kemian periaatteisiin. Asianmukaisen koulutuksen ansiosta ydintutkijat voivat saada töitä yliopistoista, laboratorioista, voimalaitoksista tai sairaaloista monien muiden kohteiden lisäksi.
Ydintutkija suorittaa kokeita, tekee havaintoja ja kehittää matemaattisia kaavoja hiukkasfysiikan ja ydinkemian kollektiivisen tietämyksen edistämiseksi. Ammattilaiset ovat usein erikoistuneet tiettyyn tutkimusalueeseen, kuten radioaktiivisuuteen, hajoamiseen, fuusioon tai atomien vuorovaikutukseen. Käyttämällä vakiintuneita tieteellisiä menetelmiä ydinkemistit ja fyysikot suunnittelevat erittäin yksityiskohtaisia, kontrolloituja kokeita. Tutkimuksen luonteesta riippuen tutkija voi työskennellä pienessä, yksityisessä laboratoriossa tai laitoksessa, joka sisältää kilometrejä pitkän hiukkaskiihdyttimen. Kaikissa olosuhteissa on tärkeää, että ydintutkija on järjestäytynyt, objektiivinen ja perusteellinen tutkimuksessaan, jotta voidaan varmistaa merkitykselliset tulokset.
Monet ydintutkijat soveltavat tietämystään ja tutkimuskokemustaan uuden tekniikan kehittämiseen lääketieteessä ja teollisuudessa. Ydinlääketieteeseen erikoistunut tiedemies tutkii eri radioisotooppien mahdollisia rooleja lääkkeissä, diagnostisessa kuvantamistekniikassa ja käytännön hoitotekniikoissa. Tutkijat voivat myös auttaa kehittämään uusia muoveja, metalliseoksia tai pakkausmateriaaleja tuotantolaitoksessa manipuloimalla ionisia ja molekyyliyhdisteitä.
Suuri joukko teoreettisia ja kokeellisia fyysikkoja työskentelee yliopisto-opettajina joko kokopäiväisesti tai osa-aikaisesti auttaakseen valmistautumaan seuraavan sukupolven fyysikoihin ja kemisteihin uraansa varten. Työskentely korkeakoulussa antaa ydintutkijalle myös rahoituksen tutkimukselleen ja pääsyn erinomaisiin tiloihin ja tekniikkaan. Lisäksi hänellä on selvä etu työskennellä muiden tieteenalojen korkeasti koulutettujen professoreiden rinnalla.
Henkilön, joka haluaa ryhtyä ydintutkijaksi, on yleensä hankittava korkeakoulututkinto aiheesta akkreditoidusta korkeakoulusta. Tutkijat, jotka haluavat työskennellä tutkimus- ja kehitystehtävissä, saattavat löytää töitä maisterin tutkinnoilla, vaikka riippumattomien tutkimushankkeiden suunnittelua ja toteuttamista suunnittelevien ihmisten on yleensä oltava tohtorintutkintoja. Lisäksi monet toiveikkaat kliiniset laboratoriotutkijat haluavat osallistua lääketieteelliseen kouluun ansaitakseen virallisen lääketieteen tohtorin pätevyyden.
Uudet tutkijat missä tahansa ympäristössä aloittavat tyypillisesti uransa avustajina tai kumppaneina. Ne perustuvat korkeakoulun laboratoriokurssien aikana saatuun kokemukseen kehittääkseen asiantuntijatutkimustekniikoita. Kokemuksen perusteella ydintutkija ansaitsee yleensä enemmän vastuuta ja saa mahdollisuuden suunnitella omia opintojaan.