Игорь Евгеньевич родился 8 июля 1895 года во Владивостоке в семье Евгения Тамма, инженера-строителя, и Ольги (урожденной Давыдовой) Тамм. Евгений Федорович работал на строительстве Транссибирской железной дороги.

С 1898 года и до окончания гимназии в 1913 году Игорь жил с родителями в Елизаветграде (сейчас Кировоград, Украина).

Затем он уехал учиться в Эдинбургский университет, где провел год. Здесь Игорь зачитывался «нелегальщиной», штудировал Маркса и участвовал в политических митингах… В начале лета 1914 года Игорь вернулся домой и поступил на физико-математический факультет Московского университета.

Но вскоре грянула Первая мировая война, и весной 1915 года Тамм пошел добровольцем — «братом милосердия». С удовлетворением отмечал он в письме, что даже под обстрелом «вполне можно держать себя в руках». Через несколько месяцев он вернулся в университет и в 1918 году получил диплом.

Во время февральской революции Тамм с головой окунулся в политическую деятельность. Он выступал на многочисленных антивоенных митингах и как оратор имел успех. Печатал и распространял антивоенную литературу. Наконец он был избран делегатом от Елизаветграда на Первый Всероссийский съезд советов рабочих и солдатских депутатов в Петрограде. Он принадлежал к фракции меньшевиков-интернационалистов и настойчиво продолжал антивоенную борьбу.

В сентябре 1917 года Тамм женился на Наталии Васильевне Шуйской. Игорь и Наташа познакомились еще летом 1911 года. Наташа происходила из семьи весьма богатых и достаточно просвещенных помещиков, владевших рядом имений в Херсонской губернии. По окончании гимназии она уехала в Москву и поступила на Высшие женские курсы.

Тамм разрывался между политикой и наукой, но, однако, выбирал последнюю… В 1919 году Игорь начал свою деятельность как преподаватель физики сначала в Крымском университете в Симферополе, а позднее в Одесском политехническом институте.

В 1921 году в семье Таммов родилась дочь Ирина, ставшая позднее ученым-химиком, специалистом по взрывчатым веществам. Еще через пять лет родился сын Евгений — будущий физик-экспериментатор и альпинист.

Переехав в Москву в 1922 году, Тамм в течение трех лет преподавал в Коммунистическом университете им. Свердлова. С 1923 года он работал на факультете теоретической физики Второго Московского университета и занимал там с 1927 по 1929 год должность профессора. В 1924 году Тамм одновременно начал читать лекции в МГУ.

«К зиме 1925–1926 года, — писала дочь ученого Ирина, — папа стал тяготиться преподаванием в Свердловском университете. Ему было трудно решиться уйти со сносно оплачиваемой работы в "чистую науку" (в МГУ). Вопрос этот, я знаю, обсуждался дома: как существовать на мизерную зарплату? Мама предложила продать свой каракулевый сак — этих денег хватило на целый год Впоследствии мама относила одну за другой свои фамильные золотые вещи в торгсин и ломбард (откуда их, конечно, уже не выкупали)».

Первые научные исследования Тамм в начале двадцатых годов проводил под руководством Л.И. Мандельштама, профессора Одесского политехнического института, выдающегося советского ученого, внесшего вклад во многие разделы физики. Тамм занимался электродинамикой анизотропных твердых тел (т.е. таких, которые обладают самыми различными физическими свойствами и характеристиками) и оптическими свойствами кристаллов.

Обратившись к квантовой механике, в 1930 году Тамм объяснил акустические колебания и рассеяние света в твердых средах. В его работе впервые была высказана идея о квантах звуковых волн (позднее названных «фононами»), оказавшаяся весьма плодотворной во многих других разделах физики твердого тела.

В 1930 году Тамм стал профессором и заведующим кафедрой теоретической физики МГУ. Там он в 1933 году получил степень доктора физико-математических наук, тогда же стал членом-корреспондентом Академии наук СССР. Когда Академия в 1934 году переехала из Ленинграда в Москву, Тамм стал заведующим сектором теоретической физики академического Института им. П.Н. Лебедева, и этот пост он занимал до конца жизни.

Тамм сделал два значительных открытия в квантовой теории металлов, популярной в начале тридцатых годов. Вместе со студентом С. Шубиным он сумел объяснить фотоэлектрическую эмиссию электронов из металла, т.е. эмиссию, вызванную световым облучением. Второе открытие — установление, что электроны вблизи поверхности кристалла могут находиться в особых энергетических состояниях, позднее названных таммовскими поверхностными уровнями, что в дальнейшем сыграло важную роль при изучении поверхностных эффектов и контактных свойств металлов и полупроводников.

Одновременно он начал проводить теоретические исследования в области атомного ядра. Изучив экспериментальные данные, Тамм и С. Альтшуллер предсказали, что нейтрон, несмотря на отсутствие у него заряда, обладает отрицательным магнитным моментом (физическая величина, связанная, помимо прочего, с зарядом и спином). Их гипотеза, к настоящему времени подтвердившаяся, в то время расценивалась многими физиками-теоретиками как ошибочная. В 1934 году Тамм попытался объяснить с помощью своей так называемой бета-теории природу сил, удерживающих вместе частицы ядра. Согласно этой теории, распад ядер, вызванный испусканием бета-частиц (высокоскоростных электронов), приводит к появлению особого рода сил между любыми двумя нуклонами (протонами и нейтронами). Используя работу Ферми по бета-распаду, Тамм исследовал, какие ядерные силы могли бы возникнуть при обмене электронно-нейтринными парами между любыми двумя нуклонами, если такой эффект имеет место. Он обнаружил, что бета-силы на самом деле существуют, но слишком слабы, чтобы выполнять роль «ядерного клея». Год спустя японский физик Х. Юкава постулировал существование частиц, названных мезонами, процесс обмена которыми (а не электронами и нейтрино, как предполагал Тамм) обеспечивает устойчивость ядра.

В 1936–1937 годах Тамм и Франк предложили теорию, объяснявшую природу излучения, которое обнаружил Павел Черенков, наблюдая преломляющие среды, подверженные воздействию гамма-излучения. Хотя Черенков описал данное излучение и показал, что это не люминесценция, он не смог объяснить его происхождение.

Академик А.Н Крылов писал П.Л. Капице в 1943 году:

«Черенков произвел множество трудных опытов и нашел ряд закономерностей в явлении, отмеченном Вавиловым. Результаты своих экспериментальных исследований Черенков изложил в своей докторской диссертации.

Одновременно Тамм и Франк стали изучать вопрос, поставленный Вавиловым, теоретически, и Тамм создал полную теорию описанного явления. Уже было известно, что в жидкости электрон может двигаться со скоростью V, которая больше скорости света C в этой жидкости. Тамм исследовал математически, — каково же будет электромагнитное поле такого "сверхскоростного электрона". Путем глубокого и сложного математического анализа Тамм обнаружил, что при движении электрона надо различать два случая, именно: если VC […]. В первом случае равномерно движущийся электрон не излучает, во втором возникает свечение внутри некоторого конуса.

По математической теории, развитой Таммом, замеченное Вавиловым явление получило полное объяснение и было проверено, как уже сказано, экспериментально Черенковым и затем более мощными радиоактивными препаратами в США.

Тамм глубоким и искусным математическим анализом создал полную теорию излучения "сверхскоростным" электроном в диспергирующей жидкости. Замеченное Вавиловым явление получило полное объяснение и стало доступным предвычислению, результаты которого сходятся во всех деталях с наблюдением.

Аналогия с Леверье полная, только Леверье вычислил движение Нептуна, который в 60 раз больше Земли, а Тамм движение электрона, который в миллионы раз меньше пылинки».

Тридцатые годы — время «большой чистки». «Тогда Игорь Евгеньевич Тамм лишился трех очень близких ему людей: младшего брата, друга, приобретенного еще в школьные годы, и любимого ученика, — пишет Г.Е. Горелик. — Почему его самого не объявили "врагом народа", понять трудно, но в хаосе Великого Террора таких непонятных вещей много. Ясно только, что тогда звание члена-корреспондента Академии наук не защищало, а ядерная физика еще не стала стратегической профессией».

Теоретический отдел института, созданный и руководимый Таммом, был ликвидирован, а все его сотрудники распределены по другим лабораториям. Но научный семинар теоретиков продолжал еженедельно работать под руководством Тамма, научные контакты полностью сохранялись, а впоследствии, после возвращения института из эвакуации в 1943 году, как-то незаметно прежний Теоретический отдел был восстановлен. Такое вялое реагирование дирекции института было возможно, конечно, только потому, что директором был С.И. Вавилов.

С 1946 года Тамма привлекли к рассмотрению некоторых вопросов атомного проекта. Когда возникла задача создания еще более страшного оружия — водородной бомбы, Игорю Евгеньевичу было предложено организовать в Теоретическом отделе группу для изучения вопроса.

Тамм собрал группу из молодых учеников-сотрудников, в которую вошли, в частности, В.Л. Гинзбург и А.Д. Сахаров, уже через два месяца выдвинувшие две важнейшие оригинальные и изящные идеи, которые и позволили создать такую бомбу менее чем за пять лет. В 1950 году Тамм и Сахаров переехали в сверхсекретный город-институт, известный теперь всем как Арзамас-16.

Работа над реализацией основных идей была необычайно напряженной и трудной. В Арзамасе-16 Игорь Евгеньевич сыграл огромную роль и своими собственными исследованиями, и как руководитель коллектива теоретиков. Он даже был одним из участников реального испытания первого «изделия» летом 1953 года.

Затем, вернувшись в Москву на прежнее место, он продолжил свою работу над фундаментальными проблемами теории частиц и квантовых полей вместе со своими молодыми сотрудниками.

Он предложил приближенный квантово-механический метод для описания взаимодействия элементарных частиц, скорости которых близки к скорости света. Развитый далее американским химиком С.М. Данковым и известный как метод Тамма—Данкова, он широко используется в теоретических исследованиях взаимодействия типа «нуклон—нуклон» и «нуклон—мезон». Тамм также разработал каскадную теорию потоков космических лучей.

В 1950 году Тамм и Сахаров предложили метод удержания газового разряда с помощью мощных магнитных полей — принцип, который до сих пор лежит у советских физиков в основе желаемого достижения контролируемой термоядерной реакции (ядерного синтеза). В пятидесятые и шестидесятые годы Тамм продолжал разрабатывать новые теории в области элементарных частиц и пытался преодолеть некоторые фундаментальные трудности существующих теорий.

В 1958 году Тамму, Франку и Черенкову была присуждена Нобелевская премия по физике «за открытие и истолкование эффекта Черенкова». При презентации лауреатов Манне Сигбан, член Шведской королевской академии наук, напомнил, что, хотя Черенков «установил общие свойства вновь открытого излучения, математическое описание данного явления отсутствовало». Работа Тамма и Франка, сказал он далее, дала «объяснение… которое, помимо простоты и ясности, удовлетворяло еще и строгим математическим требованиям».

Для Игоря Евгеньевича Нобелевская премия оказалась совершенно неожиданной. Физик Е. Фейнберг, много лет работавший с Таммом, вспоминал: «Услышав о решении Нобелевского комитета, я бросился к Игорю Евгеньевичу в кабинет и стал возбужденно поздравлять его. Спокойно и даже несколько медленнее, чем обычно, расхаживая по комнате с заложенными за спину руками, он серьезно ответил: "Да, конечно, это очень приятно. Я рад… Очень рад… Но, знаете, к этому примешивается и некоторое огорчение…"» Догадаться было нетрудно: «Потому что премия присуждена не за ту работу, которую вы сами считаете лучшей своей работой — не за бета-силы. Высшим проявлением его чувства собственного достоинства или гордости (можно назвать это как угодно) была одна особенность его научной работы: он всегда выбирал важнейшие, по его мнению, в данное время направления исследований, хотя обычно они и бывали труднейшими. Не знаю, сформулировал ли он такой принцип для себя сознательно или это было неизбежным свойством его характера борца, стремлением сделать почти невозможное, прыгнуть выше головы».

Тамм рассказывал в Политехническом институте о торжественной церемонии вручения премии:

«Дело происходит следующим образом: 10 декабря лауреатов утром ведут в концерт-холл. Там предварительно проделывается весь церемониал. Церемониал заключается в том, что лауреаты стоят за кулисами, зал наполняется и, когда пришла королевская семья и король, — играют фанфары, впереди идут чиновники, разукрашенные лентами и орденами, потом в строгом порядке следуют лауреаты и возле каждого — шведский академик. Доходят до ковра, каждый до определенного цветочка на ковре, затем делают поклон и садятся, причем это единственный случай, когда все стоят — и король, и королевская фамилия, а лауреаты сидят, причем в строгом порядке: на первом месте физики, потом химики, затем биологи, а у физиков сначала экспериментаторы и т.д. В строго установленном порядке. Затем выходит Карл Зибган.

Затем по каждой специальности произносится речь представителем Академии наук, который излагает достоинства и важность работ, сделанных лауреатом. Потом они в определенном порядке спускаются по ступенькам, и король вручает лауреатам очень тщательно, изящно сделанные дипломы, причем для каждой специальности художник дает новый рисунок на дипломе, имеющий отношение к данному открытию, в частности, в моем случае это было фиолетово-синее свечение неизвестно чего. Затем вручается большая золотая медаль. Это первая торжественная церемония. После того как закончилось вручение премий физикам, оркестр играет определенные вещи Баха, когда вручаются премии химикам, играют Бетховена, и так по каждой специальности — своя музыка».

Последний отрезок жизни был невеселым для Тамма-ученого. Его работа шла вразрез с «генеральной линией» науки и не пользовалась признанием. В середине шестидесятых годов к нему подкралась тяжелая неизлечимая болезнь — боковой амиотрофический склероз, приведший к параличу дыхательных мышц, в результате чего ему пришлось перейти к принудительному дыханию с помощью специальной машины.

Для лечения Игоря Евгеньевича были использованы все мыслимые возможности. Однако его болезнь была абсолютно необратимой. И 12 апреля 1971 года наступила трагическая развязка…