1 октября 1925 года Курчатов был зачислен в Физико-технический и рентгенологический институт (ФТиРИ) в недавно созданную при нем Ленинградскую физико-техническую лабораторию (ЛФТЛ) под руководством академика А. Ф. Иоффе на внештатную должность научного сотрудника первого разряда[78]. Научно-технический отдел ВСНХ, курировавший прикладные исследования для нужд промышленности, принял предложение Иоффе. Работы новой лаборатории в значительной степени пересекались с исследованиями, проводившимися в институте.

В это время в стране был взят курс на сближение науки с производством[79]. Для практического осуществления намеченного в первые годы советской власти в стране начинает создаваться сеть новых научно-прикладных отраслевых институтов (в их числе в 1918 году был основан Государственный рентгенологический институт с физико-техническим отделом, преобразованным в 1925 году в Ленинградский физико-технический и рентгенологический институт), а также лабораторий, испытательных станций, опытных производств, различных комиссий и т. д. Вместе с этим зарождаются новые научные идеи и целые направления. Продвигаемая Иоффе идея связи физики с новой развивающейся техникой отвечала правительственным установкам и поэтому была поддержана на высоком государственном уровне[80].

В связи с бурным развитием радиотехники и осуществлением плана ГОЭЛРО чрезвычайно актуальными становились проблемы передачи электроэнергии на большие расстояния, связанные, в частности, с условиями работы высоковольтных линий электропередачи (ЛЭП), с созданием соответствующих изоляторов, с техническими проблемами железнодорожного строительства и т. д. Это выдвигало новые требования к механическим характеристикам материалов, методике их измерения и контроля. ЛФТЛ, в штат которой Курчатов был зачислен, занимаясь вопросами пробоя твердых диэлектриков, исследованиями пробивных характеристик вакуума и механизма электропроводности солей, была призвана не только проводить научные исследования, но и внедрять их результаты в промышленность. В 1927 году лаборатория получила новое название — Государственная физико-техническая лаборатория (ГФТЛ), и научная деятельность молодого Курчатова почти в течение десяти лет была связана с ней.

Именно в эти годы в институте зарождался фундамент отечественной физической научной школы под руководством А. Ф. Иоффе, собиравшего талантливую молодежь по всей стране. Здесь начинали свою деятельность будущие крупные физики А. П. Александров, А. Н. Алиханов, Л. А. Арцимович, A. К. Вальтер, Я. Б. Зельдович, И. К. Кикоин, П. П. Кобеко, Б. П. Константинов, А. И. Лейпунский, К. Д. Синельников, Ю. Б. Харитон. Ими, кроме А. Ф. Иоффе, руководили сравнительно молодые, но к тому времени уже известные ученые Н. Н. Семенов, Я. И. Френкель и др. В институте велись перспективные исследования. Уже тогда Д. В. Скобельцын изучал взаимодействие космических лучей с атомными ядрами[81], а Н. Н. Семенов обнаружил самоподдерживающиеся разветвленные химические реакции (за что в 1956 году был удостоен Нобелевской премии), послужившие основой в разработке теории цепных ядерных реакций[82]. С ЛФТИ сотрудничали ученые Радиевого института Академии наук во главе с B. Г. Хлопиным, которые разрабатывали вопросы физики естественных радиоактивных элементов, атомного ядра и космических лучей. В стране развивалась радиевая промышленность, с 1922 года начал работать первый радиевый завод.

В течение 1920-х годов институт был сосредоточен на исследованиях в области механических свойств кристаллов, физики металлов, технической термодинамики и теоретической физики. В целях практического применения результатов этих работ в электроэнергетике и металлургической промышленности институт, находившийся тогда в системе Наркомтяжпрома, установил тесные связи с соответствующими наркоматами[83]. К началу 1930-х годов он значительно вырос, в нем постоянно работало более сотни зрелых, талантливых физиков. Многие имели опыт международного сотрудничества, стажировались и работали за границей, в том числе в институтах и лабораториях, созданных известнейшими учеными мира: Э. Резерфордом, Н. Бором и др. Десятки сотрудников ЛФТИ получили международную известность. В годы, когда квантовая механика вызвала революцию в науке[84], институт превратился в один из ведущих центров европейской физики. Проблемы физики атомного ядра академик Иоффе поставил в планы института с 1932 года как самые главные. Создавались, таким образом, научно-теоретические и организационные предпосылки советского атомного проекта, научное руководство которым в 1942 году возглавил И. В. Курчатов.

В начале 1930-х годов Физико-технический и рентгенологический институт и лаборатория Иоффе были преобразованы в три отдельных института: Ленинградский институт химической физики (ЛИХФ) во главе с Н. Н. Семеновым, Ленинградский физико-технический институт (ЛФТИ) во главе с А. Ф. Иоффе и Ленинградский электрофизический институт (ЛЭИ) во главе с А. А. Чернышевым. Тогда же Иоффе инициировал создание вне Ленинграда и Москвы, в новых индустриальных центрах страны сети физико-технических институтов. Идея получила партийную поддержку: в решениях XVII партийной конференции был записан пункт о необходимости выхода работ из стен лабораторий и создании филиалов и баз АН СССР[85] в крупнейших экономических районах страны. Четыре таких института, организованные в Харькове, Свердловске, Днепропетровске и Томске, содействовали росту научных учреждений и кадров, способных решать комплексные научные и производственно-технические проблемы регионов.

В создание региональных институтов, особенно в начальный период, много сил вложил Курчатов, которого Иоффе командировал на Урал и в Сибирь[86]. На базе ЛФТИ с 1918 года была создана сеть из четырнадцати научно-исследовательских институтов и трех технических вузов, где работала тысяча научных сотрудников, из которых не менее ста считались крупными самостоятельными учеными[87]. Перестройка и реорганизация ЛФТИ пришлись на время, когда руководство страны требовало от ученых усилить их вклад в ее индустриализацию, призвало к «широчайшему использованию западноевропейского и американского научного и научно-промышленного опыта»[88], «догнать и перегнать передовую технику развитых капиталистических стран»[89] за счет создания новой техники и новых производств.