世界上的一切事物，都是由原子组成的。原子极其微小，用任何显微镜都看不到。把原子放大来看，恰似太阳系一样。像太阳似的占据着中心的就是原子核。在它的周围，像行星一样围着转的就是电子。秀树发现的分子，就是隐藏在太阳里的小粒子。
在太阳系里，太阳拽住地球的力量叫做万有引力。在原子的“太阳系”里，原子核拽住电子的力量，不是万有引力，而是电力。原子核带有正电，电子带有负电，正电与负电相互吸引。
原子核的构造与太阳不同，它由几个粒子组成。在这些粒子中，带正电的叫阳子，不带电的叫中子。
带正电的粒子之间互相排斥，不带电的没有依附带电的粒子的道理，它们之间犹如陌生人。由这些东西结成一团构成原子核这一坚实的家族，让人感到奇怪。这一问题是20世纪前半叶的极大的谜。秀树就是对这一难题进行研究的理论物理学家之一。
如果说构成原子核的粒子，除了阳子和中子外就什么都没有的话，就不能说明原子核的坚实结构。秀树终于想到分子这种粒子。这种粒子的重量介于阳子和电子之间。如果说电子的重量作为 1，那么大致上介子为200，阳子为 2000。
打一个比方，打棒球时，投手和接手即使素不相识，也决然分不开，这是因为有球在作中介。如果把投手比作阳子，接手比作中子的话，球就相当于介子。
介子比棒球的球更具特色。阳子把分子一扔，介子就带走阳子的正电。阳子失去了电，就成为了中子。带正电的介子被中子抓住，中子就变成带电的阳子。
因此，介子的作用，使阳子与中子处于互相依存的关系，还使阳子变为中子，中子变为阳子。
作为理论物理学家的秀树，并不是将这种设想讲出来就行了，还要以既定的物理法则为基础，经过反复的计算来验证。同时，他的关于分子的理论要得到学术界的认可，还应当找到介子的实物来证实。当然，这不是理论物理学家的事。
1937年，美国的物理学家安德森在宇宙中发现了这种分子，并证明它的质量为电子的206.6倍。1948年，美国用机械制作介子取得了成功。
这些都从实践上证实了秀树预言的正确性。
秀树的介子理论，不仅成为打开原子秘密的钥匙，也是打开宇宙秘密的一把钥匙。
1938年，秀树在大阪大学取得科学博士学位。第二年又回到京都大学任物理学教授。1943年，在秀树36岁的时候，日本政府授给他文化勋章。这是授给对日本文化有卓越贡献的人的一种奖赏。秀树戴上勋章，到芳树哥哥家给母亲看。母亲已经老态龙钟，她高兴得流下眼泪。可惜的是，父亲琢治已经于1941年（昭和十六年）去世。另外，养父汤川玄洋博士也于1937年（昭和十二年）与世长辞，玉城先生也已经不在人世。
这时候，战争也激烈起来。不能自由地进行研究，秀树只能在痛苦中度日。看到很多的人死于战争，他感到无比的遗憾。
他想，为什么一定要进行战争呢？科学不是为战争的，科学必须用于全世界人民的幸福。但是，用科学制造的武器，大量地用于战争。
1945年（昭和二十年），战争终于结束了。秀树又开始了新的研究。
1949年 （昭和二十四年）春，美国哥伦比亚大学给秀树发来聘书， 聘请他当物理学客座教授。秀树应聘前往。
1949年（昭和二十四年）11月3日，一件新闻在日本引起极大的轰动。广播电台播发了临时特别新闻，各家报纸在头版发了特别新闻——“汤川秀树博士获诺贝尔奖，这是日本人第一次获奖。”
全国城乡谈的都是秀树获奖的话题。战败后在心情暗淡中度日的日本人，一下子像看见了希望的曙光。
人们议论纷纷：“诺贝尔奖是全世界最高奖励。汤川博士得了这种奖真了不起，托他的福，日本人就像能够重新进入世界似的。”
在美国的秀树与夫人一起，到瑞典的斯德哥尔摩去领奖。他从瑞典皇太子手里，领到了光荣的诺贝尔奖。
秀树获得诺贝尔奖，当然是因为他发现了介子。这一发现标志着人类对物质的认识又大大地前进了一步，具有划时代的意义。
1950年 （昭和二十五年），秀树回到日本，任京都大学基础物理研 究所所长，一直到1970年退休。他用诺贝尔奖的奖金创办研究所，建立纪念馆，为研究工作创造更好的条件。
在年轻的时候，秀树对社会活动并不热心。心中只有一个信念——
研究物理学。第二次世界大战末期，美国在日本的广岛、长崎投入两颗原子弹，无数日本人因此丧生。这件事也像一颗原子弹，猛烈地震撼了他的心灵。(名人传记)热核武器的出现及其发展，不断地使秀树深思：同一个科学领域，同一个时代的科学家，竟然有人从事研制毁灭人类的武器。对此，秀树困惑不解。为什么科学的发展和进步不是造福于人类，而是被某些人引入歧途？他由此深深感到作为一个科学家的社会责任，并决心利用自己的社会影响，积极投入社会活动，为科学造福于人类而奔走呼喊。
50年代初，美、苏对立，双方加紧热核武器的竞赛。懂得原子武器的原理及威力的秀树再也不能沉默了。1953年，他参加了保卫世界和平七人委员会。1955年，他积极响应罗素和爱因斯坦的号召，毅然在“罗素——爱因斯坦宣言”上签名。从1957年起，他多次出席禁止使用核武器的国际科学家会议，呼吁废除核武器，制止核战争。鉴于他的声望，他被选为世界协会会长。他还是日本科学院院士，美国国立科学院院士，英国皇家学会会员，前苏联、印度科学院荣誉院士，巴黎大学、莫斯科大学荣誉博士。作为一个正直无私的科学家，秀树为人类和平进步事业做出了巨大的贡献。
汤川秀树博士逝世于 1981年。
