Le sue ricerche sono state e sono rivolte prevalentemente alla fisica nucleare e subnucleare ed all'astrofisica particellare. Tra i primi risultati ha avuto particolare rilevanza lo studio delle proprieta' del neutrino e la partecipazione alla scoperta, come responsabile del gruppo italiano, delle correnti deboli neutre. Ha successivamente suggerito e condotto il primo esperimento sul decadimento beta doppio del 76Ge, oggi oggetto di molti gruppi in campo mondiale. Ha contemporaneamente suggerito e diretto l' esperimento NUSEX (per Nucleon Stability Experiment) che ha prodotto il primo risultato significativo sul decadimento del nucleone. Piu' recentemente ha partecipato con Till Kirsten all'esperimento GALLEX nel Laboratorio Nazionale del Gran Sasso che ha per primo rivelato la presenza dei neutrini solari provenienti dalla reazione protone-protone. La sua attivita' attuale e' rivolta prevalentemente alla ricerca di eventi rari tramite rivelatori termici, una tecnica da lui suggerita con Tapio Niinikski nel 1983. Basandosi su questa tecnica ha fondato l'esperimento CUORE (per Cryogenic Underground Observatory for Rare Events) il cui scopo principale e' la ricerca del decadimento doppio beta senza neutrini del 130Te, attualmente in via di completamento presso i Laboratori Nazionali del Gran Sasso. Questo esperimento e' stato preceduto dagli apparati in scala ridotta CUORICINO and CUORE0 tra i piu' sensibili in campo mondiale su questo processo. Accanto a queste attivita' si e' occupato di problemi di fisica sanitaria con particolare riferimento alla fisica ambientale ed e' coinvolto in ricerche multisciplinari riguardanti l'archeometallurgia. E' "Professore Emerito” nell'Universita' di Milano-Bicocca e membro Nazionale dell' Accademia Nazionale dei Lincei e di altre accademie. Ha ricevuto il Premio Fermi della Societa' Italiana di Fisica, la medaglia di Benemerito della Scienza e della Cultura del Presidente della Repubblica e piu' recentemente il Bruno Pontecorvo Prize dell' International Institute of Nuclear Physics (Russia).