Gamow wyjaśnił zjawisko rozpadu alfa za pomocą tunelowania kwantowego, co było zgodne z prawem Geigera-Nuttalla. Gamow poparł teorię Wielkiego Wybuchu Lemaître'a, opierając się na rozwiązaniach Friedmanna dotyczących wszechświata niestatycznego. Gamow obliczył produkcję pierwiastków we wczesnym wszechświecie w procesie nukleosyntezy. Gamow przewidział istnienie kosmicznego promieniowania mikrofalowego. Gamow wyprowadził masę i promień pierwotnej galaktyki na podstawie stałych fizycznych. Gamow zaproponował model jądra atomowego w postaci kropli cieczy. Gamow opracował regułę selekcji Gamowa-Tellera dla rozpadu beta. Gamow uciekł z Związku Radzieckiego, próbując uciec kajakiem oraz dzięki konferencji Solvay. Gamow założył klub RNA Tie Club, promujący teorie dotyczące kodu genetycznego. Gamow napisał popularnonaukowe książki, takie jak seria o panu Tompkinsie, które są nadal w druku.