Tuumateadlased töötavad akadeemilises, tööstuslikus ja meditsiinilises keskkonnas, et viia läbi uuringuid aatomituumade sees ja nende ümber leiduvate põhiosakeste kohta. Paljud teadlased on spetsialiseerunud teoreetilisele füüsikale, tehes üksikasjalikke arvutusi, et paremini mõista osakeste funktsiooni ja ennustada nende käitumist hüpoteetilistes olukordades. Tuumateadlane võib töötada ka rakendusuuringutes, teha katseid ja aidata välja töötada uusi tuumafüüsika ja -keemia põhimõtetel põhinevaid tehnoloogiaid. Sobiva hariduse ja koolitusega saavad tuumateadlased saada tööd ülikoolides, laborites, elektrijaamades või haiglates ning paljudes muudes kohtades.
Tuumateadlane viib läbi eksperimente, teeb vaatlusi ja töötab välja matemaatilisi valemeid, et aidata kaasa osakeste füüsika ja tuumakeemia kollektiivsete teadmiste kogumisele. Spetsialistid on sageli spetsialiseerunud teatud uurimisvaldkonnale, näiteks radioaktiivsusele, lagunemisele, termotuumasünteesile või aatomite vastasmõjudele. Tuumakeemikud ja füüsikud kavandavad väljakujunenud teaduslikke meetodeid kasutades väga üksikasjalikke kontrollitud katseid. Sõltuvalt uurimistöö olemusest võib teadlane töötada väikeses eralaboris või rajatises, mis sisaldab miilide pikkust osakeste kiirendit. Igas olukorras on oluline, et tuumateadlane oleks oma uurimistöös organiseeritud, objektiivne ja põhjalik, et tagada sisukad tulemused.
Paljud tuumateadlased rakendavad oma teadmisi ja uurimiskogemust uue tehnoloogia väljatöötamisel meditsiinis ja tööstuses. Tuumameditsiinile spetsialiseerunud teadlane uurib erinevate radioisotoopide võimalikke rolle ravimites, diagnostilise kujutlustehnoloogia ja praktiliste ravimeetodite osas. Teadlased võivad ioonsete ja molekulaarsete ühenditega manipuleerides aidata tootmisettevõttes välja töötada uusi plastmassi, metallisulameid või pakkematerjale.
Suur hulk teoreetilisi ja eksperimentaalfüüsikuid töötab ülikooli professoritena kas täis- või osalise tööajaga, et aidata järgmise põlvkonna füüsikuid ja keemikuid oma karjääriks ette valmistada. Kolledžis töötamine annab tuumateadlasele ka tema uurimistöö rahastamisallika ning juurdepääsu suurepärastele rajatistele ja tehnoloogiale. Lisaks on tal selge eelis töötada koos kõrgelt koolitatud professoritega teistel teadusharudel.
Inimene, kes soovib saada tuumateadlaseks, peab tavaliselt omandama akrediteeritud kolledžis antud aine kõrghariduse. Teadlased, kes soovivad töötada teadus- ja arendustöö ametikohtadel, võivad leida tööd magistrikraadiga, kuigi inimesed, kes kavatsevad kavandada ja läbi viia sõltumatuid uurimisprojekte, peavad tavaliselt omama doktorikraadi. Lisaks otsustavad paljud lootusrikkad kliinilise labori teadlased astuda meditsiinikooli, et teenida ametlik meditsiinidoktori tunnistus.
Uued teadlased igas keskkonnas alustavad tavaliselt oma karjääri assistentidena või kaastöötajatena. Nad tuginevad kolledži laboratoorsete kursuste käigus omandatud kogemustele, et arendada ekspertide uurimismeetodeid. Kogemustega teenib tuumateadlane tavaliselt rohkem kohustusi ja saab võimaluse ise oma õpinguid kavandada.