Dopo aver completato i suoi studi nel 1930 presso la scuola di medicina dell'Università Keio, Takemi si recò al Riken per studiare le possibilità di applicazione della fisica nucleare alla medicina sotto Yoshio Nishina, che fu un famoso fisico giapponese. Costruì il primo elettrocardiografo portatile nel 1937, e fu anche conosciuto per la scoperta del vettorcardiogramma nel 1939. Fu anche ricercatore medico, brevettò diversi esami di laboratorio, e fu un membro del gruppo di studio che valutò gli effetti del bombardamento atomico di Hiroshima nel 1945.