Trabajó en la Universidad de Gottingen y en el Instituto de Física Teórica en Copenhague, llamado por Niels Borg. Durante esta época, Gamow hizo su principal contribución a la ciencia: propuso una hipótesis en la que el núcleo atómico puede ser tratado como pequeñas gotas de fluido líquido, hipótesis que llevó posteriormente a las teorías de fusión y fisión nuclear. La fama llegó cuando, utilizando la teoría cuántica, explicó como una partícula alfa puede escapar de un núcleo atómico.