Il est l'un des fondateurs de la théorie quantique relativiste. Son « équation d'onde » (1928) lui permit de prévoir l'existence de l'électron positif, ou positon (1930), deux ans avant la découverte de celui-ci. Il contribua également à l'élaboration d'une théorie statistique du comportement des particules (statistique de Fermi-Dirac). [Prix Nobel 1933.]
