In 1919 begon hij aan een studie medicijnen aan de universiteit van Adelaide, maar veranderde van studierichting nadat zijn interesse in de natuurkunde was gewekt door zijn natuurkundeleraar, dr. Roy Burdon. Nadat Oliphant in 1925 een toespraak van de Nieuw-Zeelandse natuurkundige Ernest Rutherford had gehoord stond zijn besluit vast: diens assistent worden. Deze wens ging in 1927 in vervulling toen hij medewerker van het Cavendish Laboratorium werd aan de universiteit van Cambridge. In 1929 verkreeg hij zijn doctoraat met een proefschrift over kernfysica.
In Cambridge legde hij de theoretische grondslag van het bestaan van de waterstofisotopen deuterium (2H) en tritium (3H) en van helium-3 (3He). Samen met Oliphant en Paul Harteck slaagde Rutherford in 1934 erin om tritium voor het eerst kunstmatig te produceren door deuterium te bombarderen met deuterons.[1]
Hoewel hij tijdens de oorlog een sterk promotor was geweest in de ontwikkeling van de atoombom, werd hij later een fel criticus van kernwapens. Hij merkte op "soort trots dat de bom had gewerkt, maar absoluut ontzet was wat het had gedaan met menselijke wezens". Ook nam hij deel aan de Pugwash Conferences on Science and World Affairs.
Na de oorlog bouwde hij in Europa het eerste protonensynchrotron, dat hij wist te bereiken met zeer weinig financiële middelen en alleen met zijn studenten als werknemers. In juli 1953 bereikte de machine 1 GeV.
In 1950 keerde hij definitief terug naar Australië, waar hij de oprichter en eerste voorzitter werd van het natuurkundig onderzoeksinstituut aan de universiteit van Canberra, een positie die hij tot 1967 bekleedde. Van 1954 tot 1957 was hij daarnaast de eerste president van de Australische Academie van Wetenschappen. In 1959 werd hij geridderd tot Knight Commander of the British Empire en in de adel verheven.
↑M.L.E. Oliphant, P. Harteck and Lord Rutherford (1934). Transmutation Effects observed with Heavy Hydrogen. Proc. R. Soc. Lond. A144 (853): 692-703. DOI: 10.1098/rspa.1934.0077.
