Nommé directeur de recherche au CNRS en 1959, il travaille sur la physique nucléaire et les particules de haute énergie. En 1963, le chercheur rejoint l'équipe du laboratoire de recherche nucléaire du CERN à Genève, dans lequel il met au point la chambre proportionnelle multifils ou 'chambre de Charpak', qui permet de reconstituer en temps réel la trajectoire d'une particule élémentaire. Lauréat du prix Nobel de Physique en 1992 pour ses travaux sur les particules élémentaires, il étudie à présent l'application de ses appareils en biologie et en médecine, et notamment dans le domaine de l'imagerie médicale. Auteur de plusieurs ouvrages à destination du grand public (' Devenez sorciers, devenez savants' en 2003 puis, en toute logique, 'Soyez savants, devenez prophètes' l'année suivante), Georges Charpak s'engage pour une meilleure connaissance de l'énergie nucléaire. C'est l'objet de son livre, paru en 2007, 'De Tchernobyl en Tchernobyls'.