Он родился в Кронштадте. В 1919–1920 годах у Петра Леонидовича от «испанки» умерли отец, первая жена, двухлетний сын и новорожденная дочь.
Глава только что созданного Физико-технического института Абрам Иоффе, зная, что его талантливый подопечный после смерти семьи пытался наложить на себя руки, отправил его в 1921 году на стажировку в Англию – чтобы тот, резко сменив обстановку, ушел с головой в работу. Кавендишская лаборатория Кембриджского университета, которую возглавлял Эрнест Резерфорд, была тогда фронтиром в изучении физики атомного ядра.
«Он если и не гений, то обладает умом физика и способностями механика – комбинация, столь редко встречающаяся в одной голове, что делает ее обладателя чем-то вроде феномена».
В голодном 1921 году Петр Капица обратился к художнику Борису Кустодиеву: «Вы знаменитых людей рисуете. Напишите нас. Мы пока не знамениты, но станем такими». И подкрепил свою просьбу мешком пшена. Результат – известный портрет молодых ученых Петра Капицы и Николая Семенова. Впоследствии оба стали Нобелевскими лауреатами.
Петр Леонидович сумел увлечь Розерфорда идеей отклонения альфа-частиц в магнитном поле. Вот только получить мощное поле, способное повлиять на их поток, ни у кого не выходило. Пока за это не взялся русский.
«Вот лежит фотография – на ней только три искривленные линии – полет альфа-частицы в магнитном поле страшной силы. Эти три линии стоили профессору Резерфорду 150 фунтов стерлингов, а мне – трех с половиной месяцев усиленной работы».
Вплоть до 1934 года Капица с новой семьей жил в Англии, а в СССР приезжал в отпуск. Но контакты с западной наукой начали сворачиваться, особенно в областях стратегически важных. Его визу аннулировали, тут же создавав Институт физических проблем, «заточенный» под Петра Леонидовича. Сверхтекучесть гелия-II он открыл и описал уже в новеньком, с иголочки ИФП в 1937 году.
В 1940-м институт получил карт-бланш на проектирование промышленных турбокислородных установок. Жидкий кислород использовался не только в медицине и производстве взрывчатки, но и в доменных печах и конвертерах для выплавки железной руды и преобразования чугуна в сталь. Установки сыграли важную роль в производстве танков, самолетов, артиллерии, обеспечивших Победу в Великой Отечественной войне.
В 1950-х он вернулся к сверхсильным магнитным полям и до конца жизни занимался главной проблемой термоядерного синтеза – удержанием высокотемпературной плазмы в магнитном поле.