Bruno Pontecorvo nació el 22 de agosto de 1913 en Pisa la ciudad que hizo famosa Galileo Galilei. Primero, se matriculó en la Universidad de Roma en 1931 para estudiar física. Esa era la gran época de la física italiana con Enrico Fermi a la cabeza a cuyo grupo se unió a principios de 1932, en los famosos estudios sobre el frenado de neutrones previos a la consecución de la reacción de fisión del Uranio en cadena. Se graduó en 1933 a los 20 años de edad época cuando participó activamente y paralelamente a Chadwick en el descubrimiento del neutrón.
En 1936 cuando se traslada a Paris a trabajar con Pierre Joliot y Marie Curie, con quienes realizó trabajos de isomería nuclear. Era la época de la pre-guerra y debido a esto y a su condición de judío, huye de Francia a principios del año 1940 cuando se hace efectiva la ocupación alemana.
En el otoño de 1950 cuando trabajaba en el Centro de Estudios Nucleares de Harwell, Inglaterra, Pontecorvo se ve envuelto en un escándalo político-militar que le obliga a abandonar súbitamente Inglaterra para establecerse en Dubna, Rusia .
Es en Dubna, en cuyo laboratorio se había construido un sincrociclotrón, donde Pontecorvo desarrolla su trabajo científico más importante. Estudia por primera vez la producción de mesones pi en procesos de scattering de neutrones con protones, por este trabajo es galardonado en 1953 con el Premio Estatal. Este trabajo jugaría un importante rol en la física de partículas de la década del sesenta.
En esta misma época, Pontecorvo propone la idea de oscilación de neutrinos, es decir la posibilidad que diferentes clases de neutrinos se transformen en otros por efectos cuánticos como una manera de entender el exceso o déficit de neutrinos que venían del sol o la atmósfera. La idea de oscilación de neutrinos esta el corazón de la física de partículas de nuestros días. Formuló por vez primera la universalidad de la interacción nuclear débil del electrón y el muón con los nucleones.
En 1957 presentó una breve memoria sobre la posibilidad de que un tipo de neutrinos se transformara en otro, como analogía de lo ocurrido con los kaones neutros. Esta teoría, llamada de las oscilaciones, se comprobó experimentalmente en 1999. Profundizando más en la idea, propuso en 1959 la existencia de un neutrino muónico, diferente del producido en la desintegración normal de los núcleos, e indicó un experimento para su identificación en un acelerador de partículas. Su experimento, realizado por los físicos americanos L. Lederman, M. Schwartz y J. Steinberger en el laboratorio de Brookhaven, tuvo el resultado predicho por Pontecorvo, y aquellos ganaron el premio Nobel.
También propuso, ese mismo año, la posibilidad de que hubiera producción de neutrinos en pares en la radiación de frenado o bremsstrahlung de electrones rápidos por colisión con núcleos, proceso que tiene lugar en ciertas etapas de evolución estelar y que representa un importante papel en el balance energético del universo. En 1956 apuntó la posibilidad de reacciones exóticas de aniquilación de antiprotones en un núcleo, varios meses antes de que E. Segre descubriera el antiprotón. La investigación experimental de estos procesos, que reciben en la actualidad el nombre de reacciones de Pontecorvo, se realizó treinta años después -cuando la técnica fue posible- y se ha convertido en un campo de investigación muy activo.
Después de 28 años de ausencia, Pontecorvo fue invitado a Italia en 1978 para asistir al cumpleaños de Edoardo Amaldi otro gran físico italiano y ex estudiante de Fermi. Sin embargo, aunque Pontecorvo revive con nostalgia su época de estudiante y científico en Roma, decide regresar nuevamente a Dubna donde permanece hasta su muerte el 24 de septiembre de 1993.