Коллективом Курчатовского института были разработаны и созданы первый в Москве циклотрон (1944), первый в Европе атомный реактор (1946), первая советская атомная бомба (1949), первая в мире термоядерная бомба (1953), первая в мире промышленная атомная электростанция (1954), первый в мире атомный реактор для подводных лодок (1958) и атомных ледоколов (Атомный ледокол «Ленин», 1959), крупнейшая установка для проведения исследований по осуществлению регулируемых термоядерных реакций (1958). Создана летающая атомная лаборатория на основе самолета Ту-95, прототипы ядерных ракетных двигателей минимальной размерности, создан электрореактивный (импульсно-плазменный) двигатель, который был испытан в космосе в 1964 году на спутнике «Зонд-2», созданы и испытаны в космосе ионный с объёмной ионизацией и стационарный плазменный двигатели на спутнике «Метеор». Созданы исследовательские реакторы, построены первые токамаки, опыт создания которых использован при постройке более современных установок. Токамак Т-10 продолжает работу в настоящее время, на нём испытывается оборудование, предназначенное для установки на международный экспериментальный термоядерный реактор ИТЭР. В Курчатовском институте находится и крупный токамак Т-15 со сверхпроводящей магнитной системой, однако эксперименты на нём не проводятся.

Из недр Курчатовского института началась история советского, а затем и российского интернета (рунета). 1 августа 1990 года на базе Курчатовского института была основана компьютерная сеть «Релком» — в этот день компания «Релком», совместно с компанией «Демос» объединила несколько своих сетей на территории СССР в одну. В этом же месяце состоялись первые сеансы связи компьютерной советской сети с международной по телефонному каналу.