钱三强在法国期间的研究工作，主要是围绕着原子核裂变进行的，发表研究论文40余篇。最有代表性的研究成果，是他领导的研究小组发现原子核三分裂和四分裂现象。

　　铀核因俘获中子或受带电粒子（或光子）的轰击，激发而分裂成两个较轻的核，这是1938年底发现的裂变现象，称为二分裂。1939年，丹麦物理学家N.玻尔和美国物理学家J.A.惠勒在提出裂变液滴模型理论时，曾设想重核裂变时有可能分裂成三个原子核；1941年，R.D.普赖深特，曾根据液滴模型理论，认为铀原子核在吸收一个中子后，获得足够的激发能，从动力学上考虑，可以分裂为三个原子核。但在较长时间里，这一预言并未引起物理学家重视，没有得到实验证实。

　　1946年7月，英国物理学家N.费瑟领导的小组在实验中，首先获得一张记录裂变时出现的三叉形径迹的照片，但他们的研究报告认为，第三个经迹是? 粒子。接着，钱三强领导由何泽慧和两个法国青年参加的研究小组，用依尔福德核乳胶作探测器，进行一系列实验和观测，发现了相当多的三叉形径迹。经过进一步研究，特别是根据有关粒子的发射方向和质量等关键性事实，他们首先证实是一种新的裂变方式——三分裂。于1946年12月9日公布了以上研究成果，12月23日，公布了由何泽慧首次发现的四分裂径迹照片。第二年3月31日，钱三强又发表了《论铀的三分裂机制》的研究报告。

　　约里奥·居里在世界科学工作者协会会议上宣布了钱三强小组的研究成果，认为这是第二次世界大战后物理学上一项有意义的工作。

　　在此同时，英国的费瑟小组和加拿大的P.德谟斯、美国的G.法维尔、E.薛格雷、C.魏甘德等，也发表了他们的实验结果，但他们都认为第三个径迹是? 粒子，不认为是“三分裂”。

　　到了60年代，随着半导体探测器问世，美国、苏联、波兰等国家研究机构，进一步证实了三分裂和四分裂现象，新的裂变方式得到公认。

　　钱三强研究小组工作的意义，在于揭示了原子核裂变反应的复杂性和多样性。

　　在法国学习、工作期间，钱三强受到中国共产党旅法支部和老师、法共党员约里奥-居里的影响，在党的领导人邓发、刘宁一的启发下，树立了强烈的民主意识和正义感，更加关心祖国的命运与前途。在他成果丰收、地位晋升、荣誉加身的时候，毅然放弃个人的发展机遇，决定回国，为改变国家的落后面貌服务。

　　他的回国决定，得到约里奥-居里夫妇和旅法支部的支持。约里奥-居里夫妇于1948年4月26日为他写了工作和品格的评语，其中写道：