Bloch ble født iZürich iSveits avjødiske foreldre. Han studerte ved den tekniske høgskolen i Zürich der han fulgte forelesninger og seminarer gitt avPeter Debye ogHermann Weyl. Deretter studerte han ved universitetet i Zürich medErwin Schrödinger som foreleser. Han tok mastergraden i 1927 og reiste så tilLeipzig der han bleWerner Heisenbergs første doktorgrads-student. Bloch fullførte sindoktorgrad allerede i 1928 med en avhandling hvor han utviklet kvanteteorien for faste stoffer og bevegelser av elektroner i krystaller. Denne avhandlingen fikk også betydning for forståelsen avhalvledere.

Deretter arbeidet han sammen medWolfgang Pauli i Zürich medsuperledning. Han var så et år i Holland der han utvidet teorien fra sin doktoravhandling til å omfatte faste stoffers elektriske ledningsevne. Han vendte så tilbake til Leipzig og arbeidet med Heisenberg med å utvikle teorien for grenseområder mellom magnetiske doméner i faste stoffer, kjent som ‘Blochvegger’. I denne sammenhengen foreslo han eksistensen avspinnbølger.

Bloch reiste så tilKøbenhavn og arbeidet medNiels Bohr med teorien for spredning av stråling av ladde partikler som treffer et fast legeme. Han arbeidet så en kort periode medEnrico Fermi i Roma før han fikk stilling som foreleser ved universitetet i Leipzig i 1932. Bloch forlot Tyskland daHitler kom til makten i 1933 siden han var jøde og emigrerte til USA i 1934.

I 1937 begynte han å arbeide med syklotronen ved University of California i Berkeley. I 1929 utførte han sammen medLuis W. Alvarez spredningseksperimenter med nøytroner der de bestemte nøytronets magnetiske moment. Han ble den første professoren i teoretisk fysikk ved Stanford University. Under andre verdenskrig arbeidet han med radarprosjektet ved Harvard University.

Etter krigen undersøkte han atomkjerners magnetiske egenskaper, spesielt fenomenetinduksjon i atomkjerner. Han utledet et sett av likninger, kalt Bloch-likningene, for utviklingen av atomkjerners magnetisering og gjorde sammen med kolleger eksperimenter for å studere fenomenet.

I 1954 var han den første generaldirektøren iCERN under oppbyggingsperioden der. Han vendte så tilbake tilStanford University der han varprofessor i fysikk resten av sitt yrkesliv.

• kjernemagnetisk resonans (NMR)
• Nobelprisen

• Nobelstiftelsens nettsider om fysikkprisen 1952