良师引路
吴健雄是吴家出生的第一个女孩。幼时的吴健雄长得眉清目秀，十分讨人喜欢。和其他许多小孩一样，在学习方面，吴健雄也是从诗文背诵、识方块字和算学起步的。在学习过程中，吴健雄已显现出颇不寻常的智力。
1923年，11岁的吴健雄到离家50里的苏州去读书。吴健雄就读的苏州第二女子师范是当时一所相当有名的学校。校长杨诲玉女士是一位很有眼光的教育家，经常邀请知名学者来校演讲。在这些学者中，给吴健雄印象最深的是胡适先生。其实，在胡适来校演讲之前，喜爱看书的吴健雄已在《新青年》等杂志上读过胡适的文章，对胡适非常仰慕。胡适来校演讲前，校长杨诲玉知道吴健雄的文章写得很好，又对胡适很崇拜，便说：“健雄，你一向喜欢胡先生的思想，这一次就由你来把演讲记录写出来好了。”吴健雄还记得，胡适那次演讲的题目是《摩登的妇女》，内容是讲妇女应如何在思想上走出旧的传统。
1929年，吴健雄以优异成绩从苏州女师毕业，并被保送到中央大学（现南京大学）。吴健雄念的是师范，按规定要先教书服务一年，才能继续升学，但由于当时规定并没有那么严格，因此吴健雄在这一年当中，并没有去教书，反倒是进了上海的中国公学再读一年书，因而也有机会成为胡适的得意门生。吴健雄曾说过，在一生中影响她最大的两个人，一个是她父亲，另一个则是胡适先生。
刚开始的时候，胡适并不认识吴健雄，虽然他知道中国公学有一个资质极其优异的学生叫吴健雄。有一次考试，吴健雄就坐在前排，考试是三个钟头，吴健雄两个钟头就第一个交了卷。胡适很快看完卷子，送到教务室去，正巧中国公学的两位名师杨鸿烈、马君武都在。胡适就说，他从来没有看到一个学生对清朝三百年思想史懂得那么透彻，于是给了她一百分。杨鸿烈、马君武二人也同时说，班上有一个女生总是考一百分。于是三人各自把这个学生的名字写下来，拿出来一看，结果三人写的都是吴健雄。
吴健雄和胡适的这段师生经历，不但吴健雄认为对她影响深远，而且胡适也曾在公开场合说过，这是他平生最得意、最自豪的事情。
20世纪30年代初，吴健雄开始大学求知生涯之时，物理学在西方正经历革命性变革。对于令人眼花缭乱的物理学进展，18岁的吴健雄虽然并不完全知晓，但她少年时念过关于居里夫人的传记，居里夫人是吴健雄崇拜的偶像。不过，她完全没有想到，不到20年后，自己会因为在原子核物理方面的杰出贡献而被誉为“中国居里夫人”。
赴美留学
1934年，吴健雄从中央大学毕业，到浙江大学当了一年多助教。1936年，吴健雄得到叔叔的资助，准备到美国读书。吴健雄到达美国旧金山时，加州大学柏克莱分校已开学。当时一个叫杨的华裔学生，是中国学生会会长。他告诉吴健雄说，两个星期前这里也来了一位中国学生，是学物理的，可以带吴健雄参观物理系。那位中国留学生就是袁家骝，他是袁世凯的孙子，不过当时吴健雄并不知道他和袁世凯的这层关系。
当时的柏克莱，虽然并不像哈佛、耶鲁、哥伦比亚等名校有那么悠久的历史，却吸引了一批年轻而具有顶尖水平的物理学家，如发明和建造回旋加速器的劳伦斯，当时年仅35岁；后来被誉为美国“原子弹之父”的奥本海默，当时才28岁。吴健雄很快发现柏克莱物理系有着无可抗拒的吸引力，这正是她梦寐以求的探索科学知识的圣地，因此她决定留在柏克莱。
1938年，当吴健雄正式开始做原子核物理实验时，这还是一个全新的领域。1939年由塞格瑞指导吴健雄进行的实验，正是研究铀原子核分裂的产物，它的一项结果为美国制造原子弹的曼哈顿计划做出了重要贡献。1940年，吴健雄获得博士学位，她的学位论文发表在物理学界最权威的《物理评论》上。
由于在原子核分裂和放射性同位素方面的杰出贡献，当时吴健雄已成为奥本海默等许多大科学家心目中的“权威专家”。这时的吴健雄，已成为柏克莱的一个传奇人物，当地报纸对她有专题报道，中国国内也开始有人用“中国居里夫人”来称呼她。
少女情怀
年轻时代的吴健雄，虽然在外人看来沉默寡言，实际上却有着一颗炽热的心。对人生、对未来、对爱情，她都有着很高的期望。在青春时期，吴健雄曾因受到一位年轻博学、声名卓著的学者的关怀而顿生仰慕之情，这位学者便是胡适先生。
吴健雄对胡适的仰慕，及至后来胡适对吴健雄的赏识和照顾，都没有超过他们师生间的情谊。
吴健雄的爱情故事，是从1936年她来到旧金山并决定留在柏克莱念书后才开始的，她心目中的白马王子，就是袁家骝。虽然是袁世凯的孙子，但袁家骝身上并没有多少公子哥的味道，相反，他自幼勤奋努力，还养成了节俭的习惯。在柏克莱期间，吴健雄和袁家骝同班上课，交往密切。由于才貌出众，在一大批研究生当中，吴健雄受到许多人的爱慕，其中一位便是后来在美国高能物理学界享有盛名、创立美国费米国家实验室的威尔森。在威尔森的记忆中，那时的吴健雄出色而迷人，她总是穿着中国式的高领旗袍，十分正式。威尔森说，在他们住的国际学生宿舍中，几乎每一个人都被她的魅力所吸引。
不过，在众多追求者当中，吴健雄只对袁家骝情有独钟。1942年5月30日，在袁家骝的指导教师密立肯的家里，吴健雄和袁家骝举行了婚礼。
曼哈顿计划
美国原子弹的制造，出自一个被称之为“曼哈顿”的科学计划。这个改变了人类历史进程的计划，集合了当时许多第一流的科学精英，吴健雄就是其中之一。
吴健雄是参与曼哈顿计划的惟一的女科学家，她所从事的工作，更是该计划最为核心的部分。参与曼哈顿计划，一方面是由于吴健雄在核物理研究上已有重要成就，另一方面也由于奥本海默对吴健雄的特别赏识。也因为如此，吴健雄才能以一个初到美国、不具备美国国籍的外国人身份，参加到如此机密的国防科学计划之中。
甘为人梯
1956年12月24日，华盛顿飘起漫天大雪，机场被迫关闭，许多来往于华盛顿与纽约间的旅客，都涌向华盛顿的联合车站，改乘火车回纽约。在这个圣诞平安夜，一位身形娇小的中年东方女性，也挤在人群当中，独自买票坐上当晚开往纽约的最后一班火车，她就是当时已声名卓著的物理学家吴健雄。她的这趟旅行，是要将她的实验结果带回纽约，而这一实验结果，恰恰验证了两位华裔物理学家杨振宁和李政道的“宇称不守恒”理论，帮助这两位科学家荣获诺贝尔奖。这是华人科学家第一次登上诺贝尔奖的领奖台。
早在1956年春天，吴健雄和袁家骝曾计划，先到瑞士日内瓦出席高能物理会议，然后再到东亚地区做一趟演讲旅行。就在此时，纽约州立大学石溪分校的杨振宁和哥伦比亚大学的李政道却向吴健雄提出，要求让袁家骝一个人前去，而让吴健雄前往华盛顿做实验，以验证他们的“宇称不守恒”理论。
这样，在华盛顿的国家标准局，吴健雄和另外四个科学家，开始了他们的实验工作。
1957年1月15日，经过艰苦的努力，吴健雄的实验多次证实了杨振宁、李政道的设想，她将实验报告整理成论文，寄到了《物理评论》。同日，哥伦比亚大学为这项新的发现史无前例地举行了一场记者会。第二天，《纽约时报》以头版报道了吴健雄实验的结果。消息传出后，世界各地的科学家，都奔往吴健雄所在的实验室。吴健雄也接到无数大学和实验机构的邀请，要她去讲述她的实验结果。
这一年的10月，吴健雄在纽约州北部一所大学讲课时，突然接到奥本海默打来的电话。从奥本海默的电话中，吴健雄获悉杨振宁、李政道因为提出“宇称不守恒”理论而获得当年的诺贝尔奖。那时候还担任着普林斯顿高等研究所所长的奥本海默，为此还特别举行了一次晚宴，邀请吴健雄和杨振宁、李政道等人参加。奥本海默表示，这次“宇称不守恒”定律有三个人功劳最大，除了杨、李之外就是吴健雄，他特别强调不可忽略吴健雄的贡献。随后在晚宴时，奥本海默特别安排吴健雄坐在他身旁，显示出对她的赏识和照顾。
对于吴健雄这种甘为人梯的精神，不少人表示赞赏，也有不少人为她打抱不平，其中就有1988年诺贝尔物理学奖得主、与吴健雄在哥伦比亚大学有长期同事情谊的史坦伯格。在他看来，没有吴健雄的实验结果，杨、李二人的理论只能是一种构想，吴健雄的实验结果改变了这一切，吴健雄应该当之无愧地与他们共同分享诺贝尔奖。
对自己未能获得诺贝尔奖，吴健雄多年来从无怨言，也从未公开表露过意见。直到1989年1月，史坦伯格在《科学》杂志发文对吴健雄的成就进行赞扬，吴健雄在给史坦伯格的致谢信中这样写道：“像你这样一位近代物理的伟大批评者，所给予我这样一个罕有的称赞，是比任何我所期望或重视的科学奖，还要更有价值。我的一生，全然投身于弱相互作用方面的研究，也乐在其中。尽管我从来没有为了得奖而去做研究工作，但是，当我的工作因为某种原因而被人忽视，依然是深深地伤害了我。”
显然，对于未能获得诺贝尔奖，吴健雄心里一直有一种伤痛，但这并未阻碍她对物理学探索的步伐，人们也一直敬仰她在科学上的重大贡献。1997年吴健雄在美国去世后，中美双方媒体都以大量篇幅作了报道。吴健雄曾就读过的母校南京大学（前身为中央大学），以及曾分享过“吴健雄奖学金”的莘莘学子，对这位杰出校友的去世，也表示了深深的哀悼。