诺贝尔奖自1901年开始颁发以来，日本获奖共计29人，其中物理学奖12，化学奖8，生理学或医学奖5，文学奖3，和平奖1，内有4人在获奖时属其他国籍，其余则全是本土日本人。
日本自从1949年获第一个诺奖之后，多年来的后继得奖者可谓零星落索。为了改变这种状态，2001年3月日本政府出台了“第二期科学技术基本计划”，雄心勃勃地表示要在50年内赢得30个新的诺贝尔奖。随后，奇迹出现了：日本平均每年都有一个人得奖，至今共计19人，在21世纪各国获奖总人数中排行第二，仅次于美国。令人瞩目的是，这19个诺奖得主全部都在日本国内接受并完成从幼儿到大学本科的系列教育，无一例外。
日本第一个获诺贝尔奖的是汤川秀树（Hideki Yukawa，1907年1月23日-1981年9月8日）。1949年，时年43岁的他荣获物理学奖。在亚洲，他是第三位诺奖获得者，之前有印度诗人作家泰戈尔（Rabindranath Tagore，1861-1941）于1913年获文学奖，以及印度物理学家拉曼（Chandrasekhara V. Raman，1888-1970）于1930年获物理学奖。
汤川秀树的主要贡献是在近代物理学研究中预测了称为“介子”的新粒子的存在。在汤川秀树成功的道路上，有三位著名的日本物理学家对他的学术研究极有影响，他们是长冈半太郎、石原纯和仁科芳雄。
长冈半太郎（Nagaoka Hantaro，1865-1950）是经历了明治、大正和昭和三个历史时期的著名原子核物理学家，被誉为日本物理学之父。
他于1893年在东京帝国大学获理学博士学位，随后到了德国和奥地利，在柏林、慕尼黑和维也纳等地访学，师从路德维希·玻尔兹曼（Ludwig E. Boltzmann，1844-1906）。1896年，他回到日本东京帝国大学任职教授。1903年，他提出了有核的原子模型，认为原子应该是由一个大而重的带正电荷的核和一些在某个环面上绕核旋转的电子组成。
石原纯（Jun Ishihara，1881-1947）1911年留学德国，在爱因斯坦和阿诺德·索末菲（Arnold J. W. Sommerfeld，1868-1951）联合指导下研究相对论，期间和1914年诺贝尔物理学奖得主马克斯·冯·劳厄（Max von Laue，1879-1960）也有来往。石原纯于1915年回到日本，把爱因斯坦和相对论介绍到日本和亚洲。
他在东京帝国大学任教并获理学博士学位，之后长期从事相对论研究，对量子理论的初期发展作出过重要贡献。
仁科芳雄（Nishina Yoshio，1890-1951）是继长冈半太郎和石原纯之后在国际上较有影响的日本理论物理学家。他于1918年毕业于东京帝国大学工学部电气工学科，后加入物理和化学研究所，师从长冈半太郎。仁科芳雄于1921年赴欧洲留学达八年之久，先后在英国剑桥大学、德国哥廷根大学和汉堡大学以及丹麦哥本哈根大学访学。在哥本哈根，他在玻尔的指导下学习和研究理论物理。
汤川秀树1907年1月23日出生于京都。他的一生，除了一小段时间在大阪之外，几乎都在京都度过。汤川秀树原名小川秀树，25岁结婚后随妻子家改姓汤川。汤川秀树父亲小川琢治是地质学和地理学专家，曾任京都帝国大学理学部部长。汤川秀树兄弟姐妹七人在优裕而严格的家庭环境中长大，几乎没有娱乐，只有读书。汤川秀树因之养成了沉默寡言的性格，甚至得了个“我不愿说”的绰号。
汤川秀树在自传《旅人》中回忆说，在少年时代他没有任何可能成为一个物理学家的迹象。但是，成为一个物理学家之后，他感觉到“文学的美和理论物理学向我们揭示的美，两者之间并非相去甚远”。1922年爱因斯坦访问日本，由石原纯全程陪同并作翻译。爱因斯坦的公众演讲让中学生汤川秀树开始对科学特别是物理学产生了极大兴趣。
1926年，19岁的汤川秀树考入了京都帝国大学物理系。刚进大学时，他听了长冈半太郎题为“物理学的过去与未来”的演讲，大受鼓舞。1929年，汤川秀树从京都帝国大学毕业，留校当无薪助教并自做研究。在那里，他于1932年获得物理硕士学位。随后，汤川秀树到大阪帝国大学任职讲师至1939年。期间，1938年他在该校取得了物理博士学位。
汤川秀树接受高等教育时期，物理学正处在从传统向现代的转变。馬克斯·普朗克（Max K. E. L. Planck，1858-1947）的量子理论揭开了这场变革的序幕，而放射性的发现和“卢瑟福—玻尔”原子模型的建立打开了微观世界的大门。1929年，汤川从京都大学毕业。当年他只有22岁，但却自认为年纪不小了，颇为焦虑。
1932年，詹姆斯·查德威克（James Chadwick，1891-1974）发现了中子因而在1935年获诺贝尔物理学奖。学界原来认为质子和电子是原子的最基本构成的看法被打破了。这个消息对于已在大阪大学任教的汤川秀树来说是一个重要启发，也是一次巨大鼓舞。
1933年，汤川秀树把海森堡的“论原子核结构”一文翻译成日文，并以此为纲写了一篇综述性的介绍文章，发表在《日本数学物理学会记事》。汤川秀树的核物理研究工作，开始时试图用电子交换方式来说明核力性质，但没有任何结果。1934年，汤川秀树得知费米的中微子理论后马上试图用它来解释核力性质，但也无功而还。
1934年4月，沉迷于研究工作的汤川秀树干脆辞去了京都大学的教师职位，全心全意地投入到自己看到了希望的探索之中。最后，到了10月份，在各种理论分析和物理实验的基础上，他终于建立了自己关于中子和质子之间进行电交换的“U粒子”作为核力的理论。
汤川秀树随即在日本物理与数学学会上介绍了这一理论，并预言将会在宇宙射线中找到这种粒子，还猜测这种粒子的质量介乎于电子和质子之间。他在报告之后立即受到了仁科芳雄的肯定和赞赏。汤川秀树把这种粒子称为mesotron。不过后来海森堡纠正了他，说希腊字“中间”是mesos，没有tr，最后大家同意定名为meson（介子）。
1934年，汤川秀树向《自然》杂志投递了一份关于介子理论的简报，但被拒稿。翌年，他在《日本数学物理学会会刊》上正式发表了题为“论基本粒子的相互作用”的论文，报告了这种新的核力理论并预测了介子的存在。文章发表后，汤川秀树做过几场有关新粒子理论的学术报告。
1936年，卡尔·安德森（Carl D. Anderson，1905-1991）因在宇宙射线中发现一种带单位正电荷或负电荷的粒子而获得诺贝尔物理学奖。该粒子的质量为电子的206.77倍。当时，许多人以为它就是汤川秀树预言的介子，于是称之为“µ介子”。奥本海默听到消息后，想起了汤川秀树两年前寄给他的文章。
1947年，塞西尔·鲍威尔（Cecil F. Powell，1903-1969）从宇宙射线中发现了另一种带单位正电荷或负电荷的粒子，质量为电子的273倍，并且与核子有很强的相互作用。学界终于证实了，这才是汤川秀树预言的介子，并称之为“π介子”。至此，玉汝于成，功不唐捐，汤川秀树因之获得了1949年诺贝尔物理学奖。
汤川秀树和鲍威尔都参加了由伯特兰·罗素和爱因斯坦1955年7月9日在伦敦发起的著名历史性文件“罗素—爱因斯坦宣言”，对核武器带来的危害深表忧虑并呼吁世界各国通过和平方式解决国际争端。
汤川秀树获奖成名后，经常被邀请题字。深受中国庄子思想影响的他，喜欢写庄子《秋水》的“知鱼乐”。汤川秀树曾在一些文章中提到他的物理学研究无形中受到老庄思想的影响。
汤川秀树一生获得过多项荣誉和奖励。早期，他于1940年获得日本科学院的帝国奖章，1943年获得日本国家褒章以及文化勋章。1949年，汤川秀树荣获诺贝尔物理学奖，表彰他“在核力理论工作的基础上预测了介子的存在”。
为了表彰汤川秀树，日本政府于1953年在京都大学设立“基础物理学研究所”并让他担任所长。汤川秀树作为日本第一位诺贝尔奖得主激励了一代又一代年轻学者的成长。
京都大学理论物理研究所先后出了4位本土诺贝尔物理学奖得主：汤川秀树、朝永振一郎、益川敏英、小林诚。其中国际物理学界普遍存在着一种倾向，反对引进更多的新粒子学说，甚至认为那是外行人的胡闹而不是严肃科学家应该做的研究。1929年狄拉克提出“空穴”理论时，尽管理论计算和分析表明那是个带正电荷并具有电子质量的新粒子，但他不敢明说。汤川秀树的悉心指导和精神鼓舞功不可没。