В 1928 году Черенков окончил физико-математическое отделение педагогического факультета ВГУ и был направлен преподавать в школу в город Козлов, теперешний Мичуринск. Через два года в тот же город получила распределение Мария Алексеевна Путинцева, дочь Алексея Михайловича Путинцева — воронежского литературоведа-краеведа, профессора ВГУ, основателя дома-музея И. С. Никитина, тоже окончившая ВГУ, отделение русского языка и литературы педфака. В 1930 году Черенков женился на Марии Путинцевой. В 1932 году у них родился сын Алексей, в 1936 году — дочь Елена. В ноябре 1930 года в Воронеже арестовали по делу краеведов Алексея Михайловича Путинцева. В самом конце того же года был «раскулачен» в Новой Чигле отец Павла Алексеевича — Алексей Егорович Черенков. В 1931 году Алексея Егоровича судили и отправили в ссылку. Его обвинили в принадлежности к партии эсеров и в участии в «кулацкой» сходке 1930 года. В 1937 году отца учёного вновь арестовали, в 1938 году осудили и расстреляли за контрреволюционную агитацию.
Черенков последние 28 лет жизни проживал в столичной квартире в районе Ленинского проспекта, где расположены различные институты Академии наук, в том числе и ФИАН.
Был одним из академиков АН СССР, подписавших в 1973 году письмо учёных в газету «Правда» с осуждением «поведения академика А. Д. Сахарова». В письме Сахаров обвинялся в том, что он «выступил с рядом заявлений, порочащих государственный строй, внешнюю и внутреннюю политику Советского Союза», а его правозащитную деятельность академики оценивали как «порочащую честь и достоинство советского учёного»[7][8].
Могила П. А. Черенкова на Новодевичьем кладбище Москвы.
Основные работы Черенкова посвящены физической оптике, ядерной физике, физике частиц высоких энергий. В 1934 году обнаружил специфическое голубое свечение прозрачных жидкостей при облучении быстрыми заряженными частицами. Показал отличие данного вида излучения от флуоресценции. В 1936 году установил основное его свойство — направленность излучения, образование светового конуса, ось которого совпадает с траекторией движения частицы. Теоретическую основу излучения Черенкова разработали в 1937 годуИ. Е. Тамм и И. М. Франк.
Эффект Вавилова — Черенкова лежит в основе работы детекторов быстрых заряженных частиц (черенковских счётчиков). Черенков участвовал в создании синхротронов, в частности синхротрона на 250 МэВ (Сталинская премия, 1952)[10]. В 1958 году вместе с Таммом и Франком был награждён Нобелевской премией по физике «за открытие и истолкование эффекта Черенкова». Манне Сигбан из Шведской королевской академии наук в своей речи отметил, что «открытие явления, ныне известного как эффект Черенкова, представляет собой интересный пример того, как относительно простое физическое наблюдение при правильном подходе может привести к важным открытиям и проложить новые пути для дальнейших исследований». Выполнил цикл работ по расщеплению гелия и других лёгких ядер высокоэнергетическими γ-квантами (Государственная премия СССР, 1977).
Золотая медаль «За заслуги в науке и перед человечеством» (Академия наук Чехословакии, 1981).
Сталинская премия первой степени (1946) — за открытие и исследование излучения электронов при движении их в веществе со сверхсветовой скоростью, результаты которых обобщены и опубликованы в «Трудах ФИАН имени П. Н. Лебедева» (1944)
↑А. И. Мелуа. Черенков Павел Алексеевич / Инженеры Санкт-Петербурга: Энциклопедия (2 изд.) / Под ред. А. И. Федотова.. — СПб., М.: Издательство Международного фонда истории науки, 1997. — 1040 (с. 800) с.
Лауреаты Нобелевской премии: Энциклопедия: Пер. с англ. — М.: Прогресс, 1992
Черенков Павел Алексеевич // Чаган — Экс-ле-Бен. — М. : Советская энциклопедия, 1978. — С. 70. — (Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров ; 1969—1978, т. 29).
Павел Алексеевич Черенков: человек и открытие / сост. А. Н. Горбунов, Е. П. Черенкова. — М.: Наука, 1999. — 234.с. — ISBN 5020036412, 9785020036413 («Ученые России : Очерки, воспоминания, материалы»)
Храмов Ю. А. Черенков Павел Алексеевич // Физики : Биографический справочник / Под ред. А. И. Ахиезера. — Изд. 2-е, испр. и доп. — М. : Наука, 1983. — С. 294. — 400 с. — 200 000 экз.
