Hans Bethe studierte Physik unter Arnold Sommerfeld, und hielt bis 1933 Lehrpositionen in Frankfurt am Main, Stuttgart, München und Tübingen. Nach der Machtergreifung der Nationalsozialisten emigrierte er nach England, und von dort in die USA.

Seine Arbeiten auf dem Gebiet der Kernphysik machten ihn zu einem wichtigen Mitglied am Bau der Atombombe am Atomforschungsinstitut in Los Alamos, wo er 1943–1946 Direktor der Abteilung theoretische Physik war.

Hans Bethe war an der Entwicklung der Theorie der Bremsung von Elektronen durch Materie beteiligt (Bethe-Heitler-Formel, 1934) und hat wichtige Beiträge zur Kernphysik im Sterninneren geleistet. Der in massiven Sternen ablaufende Kohlenstoff-Stickstoff-Zyklus wird in Anerkennung seiner theoretischen Berechnungen (1939) Bethe-Weizsäcker-Zyklus genannt.

Daneben gab Hans Bethe die erste Erklärung der Lambda-Verschiebung der Spektrallinien des Wasserstoffs.

1955 wurde ihm die Max-Planck-Medaille verliehen.