Imediat după absolvirea facultății a fost repartizat la Secția de Fizică Teoretică a Institutului de Fizică Atomică din București. Aici și-a desfășurat activitatea în calitate de fizician (1955-1960), cercetător științific (1960-1962), cercetător științific principal (1962-1970), șef secție (1970-1974), cercetător științific principal (1974-1983).
În 1964 a susținut cursuri la Universitatea din Helsinki iar în 1966 la Universitatea din Mainz, RFG, unde a primit titlul universitar honourable Habilitation, primul pas într-o carieră universitară în Germania, care i-a permis să devină Privat-Dozent (1968). Ulterior (1968-1969) a fost invitat la celebrul Institut Niels Bohr din Copenhaga, Danemarca. Periodic a mai fost invitat să conferențieze în Germania, la Institutul Politehnic din Darmstadt și la Universitatea din Frankfurt pe Main.
Activitatea sa științifică s-a concentrat asupra fizicii nucleare teoretice.
În 1974 a fost numit directorul adjunct al Laboratorului Reacții Nucleare al Institutul Unificat de Cercetări Nucleare de la Dubna, din Uniunea Sovietică, până în anul 1977, iar în perioada 1983-1986 a fost vice-directorul Institutului. Aici a condus cercetări experimentale care au avut ca rezultat descoperirea unei noi dezintegrări exotice în care se emit nuclee de Neon 24. În aceeași perioadă a dezvoltat, împreună cu Horia Scutaru, prof. Aurelian Isar, Eliade Ștefănescu și Werner Scheid (Giessen), Teoria sistemelor cuantice deschise aplicată la reacții nucleare.
În timpul vizitei la Universitatea din Frankfurt a dezvoltat o noua Teorie a fragmentarii pentru producerea nucleelor supra-grele. Aceasta a condus efectiv la producerea în laborator a unor astfel de nuclee.
A fundamentat Teoria microscopică a dezintegrării alfa, recunoscută în mediile științifice internaționale.
A dezvoltat (1977) teoria dezintegrărilor exotice a nucleelor mai grele decât plumbul și a făcut predicția, confirmată în mod strălucit în 1983, a noilor moduri de radioactivitate.
A publicat peste 350 de articole în publicații internaționale de prestigiu.
Cluster-Decay TrajectoryArhivat în , la Wayback Machine., Mihail Mirea, Aureliu Săndulescu, Doru-Sabin Delion, Proceedings of the Romanian Academy, Series A, Vol.12, Number 3/2011, pp. 203–208, Editura Academiei Române.
