Od 1929 roku Fermi i Corbino poświęcili się przemianie instytutu w nowoczesne centrum badań.
Badania Pierwsza wersja ich naukowo-badawczego laboratorium była głównie poświęcona atomowej i molekularnej spektroskopii; następnie poszli w kierunku badań eksperymentalnych jądra atomowego. Badania obejmowały ostrzał różnych substancji za pomocą neutronów, uzyskanych przy naświetlaniu berylu cząstkami alfa emitowanymi przez radon, który jest wysoce radioaktywnym gazem i pozwala uzyskać możliwie dużą liczbę sztucznych i stabilnych pierwiastków promieniotwórczych. Od strony teoretycznej praca Ettore Majorana i Fermiego pozwoliła zrozumieć strukturę jądra atomowego i siły w nim działające, znane jako siły Majorana. W 1933 i 1934 roku opublikowali fundamentalną teorię rozpadu beta.
Rozpad grupy W 1938 roku, z powodu ogólnej sytuacji w Europie, a w szczególności we Włoszech, grupa rozpadła się, a większość jej członków wyemigrowała. Szef zespołu, profesor Fermi, został zmuszony do emigracji w obawie przed faszystami, gdyż jego żona była Żydówką. Fermi opuścił faszystowskie Włochy wraz z rodziną. Udał się do Sztokholmu, gdzie 6 grudnia 1938 roku odebrał Nagrodę Nobla. Oscar D'Agostino i Edoardo Аmaldi byli jedynymi, którzy pozostali we Włoszech.