Советский физик, академик АН СССР (1953; член-корреспондент 1933), Герой Социалистического труда (1953). Основные и труды по квантовой механике и ее применениям, теории излучения, теории космических лучей и взаимодействия ядерных частиц. Построил квантовую теорию рассеяния света в твердых телах (1930) и теорию рассеяния света электронами (1930). В области квантовой теории металлов совместно с С. П. Шубиным создал теорию фотоэффекта в металлах (1931). Теоретически показал возможность существования особых состояний электронов на поверхности кристаллов («уровни Тамма», 1932), что впоследствии легло в основу объяснения различных поверхностных эффектов в кристаллах. В 1934 предложил и математически развил количественную теорию ядерных сил по схеме, на которой была создана современная мезонная теория ядерных сил. В 1937 совместно с И. М. Франком создал теорию излучения быстро движущегося в среде электрона. В 1945 разработал приближенный метод трактовки взаимодействия и ядерных элементарных частиц. В 1950 совместно с академиком А. Д. Сахаровым предложил применить нагретую плазму, помещенную в магнитное поле, для получения управляемой термоядерной реакции. Создал школу физиков-теоретиков, к которой принадлежат многие известные советские ученые. Награждён орденом Ленина, орденом Трудового Красного Знамени и медалями. Государственная премия СССР (1946, 1953). Нобелевская премия (1958).