中微子概念的提出，与原子核的β衰变有直接联系。1914年查德威克证明α射线和γ射线的能谱是分立的，α衰变和γ衰变中发射的粒子所带走的能量正好与原子核初态末态的能量差相等。然而，β射线的能谱却有明显的不同，是连续谱而不是分立谱。也就是说，β衰变放射出来的电子，能量从零到某一个最大值都有分布，可是，原子核的初态和末态能量都是稳定的非常分明的定值。衰变电子的能量竞会小于两态之间的差值。
     人们感到极为迷惑。那一部分能量到哪里去了？是什么原因造成β连续谱的呢？物理学家对这个问题提出了不同的见解。例如，迈特纳曾认为，β射线通过原子核的强电场时会辐射一部分能量。但1927年埃利斯（C.D.Ellis）和伍斯特（W.A.Wooster）用量热学实验精确地测量这一辐射能量，并没有测到任何能量损失。这一结果曾促使N.玻尔一度主张，有可能能量守恒只是在统计意义上成立，对每一次衰变并不一定成立。泡利不相信在自然界中唯独β衰变过程能量不守恒。
     他在1930年提出：“只有假定在β衰变过程中，伴随每一个电子有一个轻的中性粒子（称之为中子）一起被发射出来，使中子和电子的能量之和为常数，才能解释连续β谱。”这里泡利所谓的“中子”，实际上是后来的中微子。他还指出：这种中微子的速度不同于光子，质量很轻，穿透力极强，因此很难探测到。泡利的中微子假说提出后，不少人持怀疑态度。但费米不仅接受了这一假说，还在1934年进一步引出了弱相互作用的β衰变理论。费米认为，正象光子是在原子或原子核从一个激发态跃迁到另一个激发态时产生的那样，电子和中微子是在β衰变中产生的。
     他指出，β−衰变的本质是核内一个中子变为质子，β+衰变是一个质子变为中子。中子与质子可以看成是核子的两个不同状态，因此，中子与质子之间的转变相当于一个量子态跃迁到另一量子态，在跃迁过程中同时放出电子和中微子，它们事先并不存在核内，导致产生光子的是电磁相互作用，而导致产生电子和中微子的是一种新的相互作用，费米称之为弱相互作用。β+衰变就是那一年约里奥−居里夫妇发现的放射正电子的人工放射性。接着，维克（G.C.Wick）和贝特（H.Bethe）又分别根据费米理论预言了轨道电子俘获过程的可能性。这一现象于1938年被阿尔瓦雷兹（L.W.Alvarez）观察到了。费米的β衰变理论取得了很大成功，得到了公认。然而直到40年代初，还没有任何实验能够实际观测到中微子的存在。