但是，任何一種假設都必須被實驗所證實才能被人們所接受。1934年8月，查德威克通過用γ射線將氫（H2，即氘）原子核破碎成一個質子和中子，並對中子的質量進行了精確的測量，結果發現中子的質量不僅大於質子，而且大於質子、電子的質量之和，這就大大地動搖了查德威克的中子是質子和電子的複合粒子的觀念。而後，判定中子是基本粒子的實驗1936年在美國進行，在這個實驗中，默爾圖夫與海登伯格通過仔細的觀測得出了核力與電荷無關的結論：核力對質子和中子的作用猶如質子和中子是孿生兄弟一樣。人們在實驗中證明了電子在被發射之前並不存在於原子核中，這與肥皂泡被吹出之前不存在於吹管中完全一樣。從此以後，人們就再也不可能猜想中子不是基本粒子了。原子核是由中子和質子組成的，這解決了核的電子假說所麵臨的一係列困難，徹底否認了中子是複合粒子，普遍承認中子是一種基本粒子。
中子的發現是核物理發展史上的一個重大轉折點。由於這項具有劃時代意義的發現，1932年英國皇家學會授予查德威克休斯獎章，隨後他又榮獲1935年度的諾貝爾物理學獎。
有些人看到中子的發現，以為是靠神秘莫測的運氣偶然發現的。事實並非如此。任何科學的進步都必須具備賴以成功的基本和條件，偶然的發現是孕育在曆史的必然之中的。查德威克在發現中子以前，已是一位才華橫溢的著名物理學家，是英國皇家學會會員，代理盧瑟福領導卡文迪許實驗室的管理工作，並一直是盧瑟福的得力助手。即使在第一次世界大戰期間，他被拘禁在德國魯勒本時，仍然和其他幾位難友組成一個科學協會，專心致力於β射線的研究。從戰後到1923年，他擔任了卡文迪許實驗室放射性研究工作的助理指導，參與了盧瑟福在1919年進行的第一次人工核反應的研究工作。通過這一係列的實驗工作，實驗技能趨於成熟。1920年，盧瑟福在第二次貝克爾講演中提出中子預言，給他留下了深刻印象。這樣，他早在1923年就寫信給盧瑟福說：“我本人認為我們必須對不帶電荷的中子進行一次真正的研究。現在我已經有一個迫切的工作計劃，但還是應該事先和阿克頓商量。”從這裏，人們不難看出，早在他發現中子前10年，已為中子的研究作出了周密的計劃，可以說，經過10年之久的長期探索，他才做出了發現中子的這一科學壯舉，所以，查德威克作為中子的第一個發現者是當之無愧的。
查德威克治學嚴謹，辦事可靠，以精通管理和實驗技術而聞名。在盧瑟福任英國皇家學會主席後的10年中，卡文迪許實驗室的實際工作是在查德威克負責下進行的。他繼承了盧瑟福的傳統，隻用簡陋的儀器，卻以很高的靈感和物理直覺發現了中子。他宣布發現中子的論文描述了設計很好的簡單實驗，這是清晰的物理思想的楷模。一個實驗物理學家必須是一個具有相當水平的理論物理學家，能夠知道什麼樣的實驗是值得做的，同時他又必須是一個有相當手藝的工匠，知道如何做這些實驗。隻有這兩方麵都能勝任的人才是一個優秀的實驗物理學家。查德威克就是這樣的傑出人物。
查德威克友善、慷慨、責任心強、樂於助人。在物質和資金非常有限的情況下，他都能讓實習學生得到必備的設備。盧瑟福甚至有時還責備他對那些年輕人過於偏愛。
發現中子之後，他還不失時機地提到波特、貝克爾、韋伯斯特和約裏奧·居裏夫婦的成績和貢獻。1957年，即發現中子後的25年，他在論及約裏奧·居裏對科學事業的貢獻時，曾特別提到他們夫婦倆的實驗確是一個“提供發現中子線索的非常奇妙的途徑”。的確，沒有此人的失誤，就沒有彼人的成功，如果沒有前人的工作，任何科學的進展都是不可能的。
查德威克於1891年10月20日出生在英國的曼徹斯特，並在曼徹斯特接受了中學教育。16歲時，他參加了兩項考試獲得了曼徹斯特大學兩個獎學金，他選擇了其中一個進了大學。1911年，他以一流的成績在曼徹斯特大學畢業。他繼續留在學校攻讀碩士學們，在盧瑟福指導下與拉塞爾一起工作，繼續蓋革和波爾的研究事業。1913年，他取得了理科碩士學位，之後他又獲得了一筆相當可觀的研究獎金，他把這筆獎金完全用於自己的事業上，他需要更換實驗室，以便擴大研究範圍。當時蓋革教授已經回到柏林，查德威克隨後也去了該地師從蓋革。蓋革非常喜歡這個執著上進的小夥子，他高興地把查德威克介紹給周圍的人，使他有幸結識了包括愛因斯坦、哈思和梅特納在內的柏林科學家。不料第一次世界大戰爆發了，他被整整拘禁了4年。戰後，他於1918年12月返回曼徹斯特大學在盧瑟福的指導下工作，1919年又隨盧瑟福來到英國劍橋大學卡文迪許實驗室。