Будучи заместителем директора Физико-технического института, Н.Н. Семенов непосредственно сам руководил созданной им лабораторией электронной химии. В биографии, написанной в 1940 году, он писал об этой лаборатории как о центре, породившем многих крупных ученых. Он назвал при этом Кондратьева, Харитона, Ковальского, Неймана, Соколика, Зельдовича, Лейпунского и других.

В 1931 году лаборатория была реорганизована в Институт химической физики. Быстрорастущий научный коллектив энергично продолжал разработку теории цепной химической реакции. Самостоятельные направления исследований возглавляли Франк-Каменецкий, Зельдович, Беляев, Щелкин. Лабораторией взрывчатых веществ института руководил Ю.Б. Харитон. В характеристике, подписанной Семеновым, датированной 18 июня 1946 года (эта характеристика появилась не случайно, ибо именно в это время решался ряд организационно кадровых вопросов, связанных с созданием первого отечественного ядерного центра) говорится: «Профессор Харитон – специалист по теории взрывчатых веществ, является высокообразованным, творческим физиком и одним из основателей советской химической физики и одноименного института. В период с 1921 по 1931 год Харитон провел ряд прочно вошедших в науку работ по общим вопросам молекулярной физики, радиоактивности и измерению малых интенсивностей света, вопросам электронной теории и цепной кинетики, положив начало изучению цепных реакций в стране».

Я.Б. Зельдович, высоко оценивая вклад Ю.Б. Харитона в науку о взрыве, писал: «Еще 20-летним юношей он впервые экспериментально доказал существование разветвленной цепной химической реакции на примере окисления фосфора». Он отметил, что Харитон положил начало собственному оригинальному направлению в исследовании взрыва и взрывчатых веществ, и выделил участие его в развитии таких сотрудников харитоновской лаборатории в Институте химической физики, как А.Ф. Беляев, А.Я. Апин, Б.М. Степанов, В.К. Боболев.

Одновременно с институтом химической физики из общей тематики Ленинградского физико-технического института выделился еще один – Электрофизический институт. «Отпочкование» захватило не только сами исследования в связи с их углублением и расширением, но и организационные научные структуры. В разных регионах страны образовались новые научные центры – в Томске, Свердловске и Харькове, который в то время был столицей Украины. Становлением сибирской научной школы физики руководил В.Д. Кузнецов. Харьковский физико-технический институт был организован И.В. Обреимовым, который и возглавил его.

Основной тематикой харьковской школы была физика твердого тела и низких температур. Работа здесь шла активно, проводились конференции с участием зарубежных коллег. С 1932 года по 1937 годтеоретически отдел института возглавлял Л.Д. Ландау, будущий нобелевский лауреат (1962 год).

В 1935 году в Москве был создан Институт физических проблем. Вернувшийся после 13-летнего пребывания в Англии (в Кавендишской лаборатории Кембриджа у Резерфорда) П.Л. Капица стал руководителем нового института. Во время заграничной работы он в 1923 году защитил диссертацию на степень доктора философии. Степень доктора физических наук на родине он получил без защиты 1934 году в числе других известных физиков страны. Через 6 лет пребывания в Англии Капица был избран членом английского королевского научного общества и одновременно членом-корреспондентом Академии наук СССР. 1930 году он стал профессором королевского научного общества Англии. Многие историки науки отмечают искреннюю привязанность корифея ядерных исследований Резерфорда к своему российскому коллеге. Это проявлялось во многом, включая всемерное содействие созданию максимально благоприятных условий для его научной деятельности. В частности, для Капицы была построена специальная лаборатория при Кембриджском университете. Она называлась Мондовской, поскольку средства на ее строительство были взяты из посмертного дара Королевскому обществу химика и промышленника Л. Монда. Открытие лаборатории состоялось в феврале 1933 года.