Οι πυρηνικοί επιστήμονες εργάζονται σε ακαδημαϊκά, βιομηχανικά και ιατρικά περιβάλλοντα για να διεξάγουν έρευνα για το μικρότερο από τα θεμελιώδη σωματίδια που βρίσκονται μέσα και γύρω από τους ατομικούς πυρήνες. Πολλοί επιστήμονες ειδικεύονται στη θεωρητική φυσική, εκτελώντας λεπτομερείς υπολογισμούς για να κατανοήσουν καλύτερα τη λειτουργία των σωματιδίων και να προβλέψουν τη συμπεριφορά τους σε υποθετικές καταστάσεις. Ένας πυρηνικός επιστήμονας μπορεί επίσης να εργαστεί σε εφαρμοσμένη έρευνα, διεξάγοντας πειράματα και βοηθώντας στην ανάπτυξη νέων τεχνολογιών βασισμένων στις αρχές της πυρηνικής φυσικής και χημείας. Με την κατάλληλη εκπαίδευση και κατάρτιση, οι πυρηνικοί επιστήμονες μπορούν να βρουν δουλειά σε πανεπιστήμια, εργαστήρια, σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής ή νοσοκομεία, μεταξύ πολλών άλλων χώρων.
Ένας πυρηνικός επιστήμονας διεξάγει πειράματα, κάνει παρατηρήσεις και αναπτύσσει μαθηματικούς τύπους που συμβάλλουν στη συλλογική γνώση της φυσικής των σωματιδίων και της πυρηνικής χημείας. Οι επαγγελματίες συχνά ειδικεύονται σε έναν συγκεκριμένο τομέα σπουδών, όπως η ραδιενέργεια, η αποσύνθεση, η σύντηξη ή οι ατομικές αλληλεπιδράσεις. Χρησιμοποιώντας καθιερωμένες επιστημονικές μεθόδους, οι πυρηνικοί χημικοί και οι φυσικοί σχεδιάζουν εξαιρετικά λεπτομερή, ελεγχόμενα πειράματα. Ανάλογα με τη φύση της έρευνας, ένας επιστήμονας μπορεί να εργαστεί σε ένα μικρό, ιδιωτικό εργαστήριο ή σε μια εγκατάσταση που περιέχει επιταχυντή σωματιδίων μήκους μιλίων. Σε κάθε περίπτωση, είναι απαραίτητο για έναν πυρηνικό επιστήμονα να είναι οργανωμένος, αντικειμενικός και εμπεριστατωμένος στην έρευνά του για να εξασφαλίσει ουσιαστικά αποτελέσματα.
Πολλοί πυρηνικοί επιστήμονες εφαρμόζουν τις γνώσεις και την ερευνητική τους εμπειρία στην ανάπτυξη νέας τεχνολογίας στην ιατρική και τη βιομηχανία. Ένας επιστήμονας που ειδικεύεται στην πυρηνική ιατρική διερευνά τους πιθανούς ρόλους διαφορετικών ραδιοϊσοτόπων στα φάρμακα, την διαγνωστική τεχνολογία φαντασίας και τις πρακτικές τεχνικές θεραπείας. Οι επιστήμονες μπορούν επίσης να βοηθήσουν στην ανάπτυξη νέων πλαστικών, κραμάτων μετάλλων ή υλικών συσκευασίας σε ένα εργοστάσιο παραγωγής χειρίζοντας ιοντικές και μοριακές ενώσεις.
Ένας μεγάλος αριθμός θεωρητικών και πειραματικών φυσικών εργάζονται ως καθηγητές πανεπιστημίου είτε πλήρους είτε μερικής απασχόλησης για να βοηθήσουν στην προετοιμασία της επόμενης γενιάς φυσικών και χημικών για την καριέρα τους. Η εργασία σε κολέγιο παρέχει επίσης σε έναν πυρηνικό επιστήμονα μια πηγή χρηματοδότησης για την έρευνά του και την πρόσβαση σε εξαιρετικές εγκαταστάσεις και τεχνολογία. Επιπλέον, αυτός ή αυτή έχει το σαφές πλεονέκτημα να εργάζεται παράλληλα με πολύ εκπαιδευμένους καθηγητές σε άλλους επιστημονικούς κλάδους.
Ένα άτομο που θέλει να γίνει πυρηνικός επιστήμονας συνήθως χρειάζεται να αποκτήσει ένα προηγμένο πτυχίο στο αντικείμενο από ένα διαπιστευμένο κολέγιο. Οι επιστήμονες που θέλουν να εργαστούν σε θέσεις έρευνας και ανάπτυξης μπορεί να είναι σε θέση να βρουν θέσεις εργασίας με μεταπτυχιακά, αν και οι άνθρωποι που σχεδιάζουν να σχεδιάσουν και να πραγματοποιήσουν ανεξάρτητα ερευνητικά προγράμματα πρέπει συνήθως να κατέχουν διδακτορικά. Επιπλέον, πολλοί ελπιδοφόροι επιστήμονες κλινικών εργαστηρίων επιλέγουν να παρακολουθήσουν ιατρική σχολή για να αποκτήσουν επίσημα διαπιστευτήρια ιατρού ιατρικής.
Νέοι επιστήμονες σε οποιοδήποτε περιβάλλον ξεκινούν συνήθως την καριέρα τους ως βοηθοί ή συνεργάτες. Βασίζονται στην εμπειρία που αποκτήθηκε κατά τη διάρκεια εργαστηριακών μαθημάτων στο κολέγιο για την ανάπτυξη τεχνικών εμπειρογνωμόνων έρευνας. Με εμπειρία, ένας πυρηνικός επιστήμονας συνήθως κερδίζει περισσότερες ευθύνες και έχει την ευκαιρία να σχεδιάσει τις δικές του σπουδές.