Il laboratorio di fisica, fondato da Giulio Cesare Trabacchi, si chiamava precedentemente Ufficio del radio, era ospitato nella sede di via Panisperna dove, sotto la guida di Enrico Fermi, lavoravano numerosi fisici quali Franco Rasetti, Emilio Segrè, Edoardo Amaldi e Bruno Pontecorvo. Enrico Fermi vi lavorò fino al 1938, l'anno in cui, dopo aver ricevuto il premio Nobel per la fisica, si trasferì negli Stati Uniti d'America. Nel 1942 entrò in funzione il microscopio elettronico a trasmissione della Siemens. Lo stesso venne requisito, nell'autunno 1943, per ordine dei tedeschi. Dati i notevoli risultati ottenuti, si pensò allora di autocostruirne uno. Fu un successo: lo strumento entrò in funzione nel dicembre 1946, fornendo prestazioni migliori del precedente. Nel 1949 Mario Ageno, un ex allievo di Fermi, arriva al laboratorio di Fisica, ancora sotto la direzione del Trabacchi, e diventa direttore del dipartimento nel 1959. Con la preziosa collaborazione di Franco Graziosi, estende le attività del laboratorio alla biofisica e alla biologia molecolare.