1906 kam er an das I. Chemische Institut der Friedrich-Wilhelms-Universität (heute Humboldt-Universität), Hessische Straße 1/2. Hier begann auch in der sog. Holzwerkstatt die Zusammenarbeit mit Lise Meitner. Seit 1910 a. o. Professor für Chemie an der Berliner Universität, übernahm H. 1912 die Abteilung Radioaktivität am neu gegründeten Kaiser-Wilhelm-Institut für Chemie, Dahlem. Seit 1928 leitete er dieses Institut. Der erste deutsche Radiochemiker war ab 1924 Mitglied der Akademie der Wissenschaften und arbeitete bis zur Verlagerung seines Instituts in Berlin. Nachdem er 1917 mit Meitner das Element 96 Protactinium entdeckt hatte, gelang ihm 1938 der experimentelle Nachweis der Kernspaltung. Für seine Arbeit erhielt er 1945 den Nobelpreis für Chemie 1944. Nach dem II. Weltkrieg kurzzeitig interniert, übernahm er 1946 die Leitung der Kaiser-Wilhelm-Gesellschaft in Göttingen und wurde 1948 Präsident von deren Nachfolgeeinrichtung, der Max-Planck-Gesellschaft. Der Wissenschaftler erhielt verschiedene Berliner Ehrungen, u. a. 1959 die Ernst-Reuter-Plakette und 1968 die Ehrenbürgerschaft ( Ehrenbürger). Eine Gedenktafel am Institut für Chemie der Humboldt-Universität, Hessische Straße 1/2, erinnert daran, daß H. in diesem Hause wirkte.