Sohn eines Professors der Universität Kyoto, studierte dort theoretische Physik und hat daselbst, unterbrochen nur durch fünf Jahre als Gast amerikanischer Institute (1948-1952), fast sein ganzes Lebenswerk vollbracht.

1935 veröffentlichte er eine Arbeit über die Wechselwirkung von Elementarteilchen, welche die Voraussage eines neuartigen Teilchens, des Mesons, enthielt. Vierzehn Jahre später erhielt er dafür, als erster Japaner, den Nobelpreis für Physik. Seine Arbeit ist wohl die wichtigste Station des produktiven Eindringens der Japaner in das Zentrum der physikalischen Forschung. Sie gab eine erste Deutung der Kräfte, die den Atomkern zusammenhalten, und eröffnete die bis heute fortdauernde Entdeckung neuer Elementarteilchen. Er und seine Schule arbeiteten ständig weiter am Ausbau und an den unvollendeten Grundlagen dieser Theorie.

Er war, wie er selbst sagte, geistig zugleich Orientale und Kosmopolit. Als Japaner tief ästhetisch geprägt, liebte er Literatur und Philosophie, las früh die chinesischen, später auch die griechischen Klassiker und vertiefte sich in die geistige Wahrnehmung jenseits der rationalen Unterscheidungen. Er ergriff die soziale Verantwortung des Wissenschaftlers und stand entschlossen zur japanischen Verweigerung atomarer Rüstung. 

1949 Nobelpreis für Physik.