1916年11月，出生于浙江東陽。

1930年，于南京東方中學初中畢業。

1938年，畢業于清華大學(西南聯大)物理系。 畢業后，曾任貴陽氣象所技士，江蘇醫學院、復旦大學（1944年） 、交通大學助教、講師、副教授。

1946年，考取留美公費生，在美國加州理工學院物理系攻讀研究生，

1951年，獲博士學位，任加州理工學院凱洛格實驗室研究助理、研究員。在美國望城醫學中心研究核技術和輻射應用，創制“鈷線治療機”。早期留美期間，主要從事輕原子核反應實驗研究，對愛因斯坦質量能量轉換關系作出當時最精確的直接實驗測定；

1955年，在周恩來總理的親切關懷下，突破重重封鎖，李正武夫婦與錢學森夫婦等，是第一批回歸新中國的科學家。回國后，歷任中國科學院原子能研究所核物理研究室副主任，第二機械工業部五八五研究所研究員、副所長、所長、名譽所長，核工業部科學技術委員會委員，中國核學會核聚變與等離子體物理學會理事長，國際核聚變研究委員會中國成員等職。

左者為李正武

回國后從事質子、電子靜電加速器研制工作，是我國第一臺高氣壓型質子靜電加速器和第一臺電子靜電加速器的主要研制者，同時積極倡儀在我國開展受控核聚變與等離子體物理方面的研究，這一倡儀被列入1956年制定的全國12年科學規劃；

1961年，轉入受控磁約束核變研究領域，倡儀、領導研制了一系列的實驗裝置，獲國家科技進步一等獎的項目“中國環流一號”就是由他親自指導的。在此期間，還在東北503所倡儀建造穩態“多用磁籠”裝置。

1965年，他負責三線基地，即原二機部585所的籌建工作。

1969年底，隨三線建設遷至四川樂山原二機部585所，即后來的核工業西南物理研究院。文化大革命結束后，任二機部585所所長，任職期間，他指導了中國環流器一號裝置的設計建設，領導了這一裝置和全所的等離子體物理與聚變工程技術的研究工作。

70年代初，他在中國率先提出了聚變裂變共生堆的概念。他高瞻遠矚，從哲學的高度，研究了等離子體的總體性質，提出了托卡馬克等離子體的品質參數空間的概念，并在1986年國際原子能機構技術委員會會議上做了特邀報告。

1980年11月被選為中國科學院學部委員。 曾任第三、第六屆全國政協委員，核工業西南物理研究院研究員、名譽院長。 1983年-1987年，被聘為四川省科學技術顧問團成員。

1988年，為了指導中國受控聚變事業的發展，他及時提出了中國環流器二號的概念設計框架，成為中國環流器二號計劃的早期基礎。

2013年7月30日，在北京逝世。

李正武為推動學術交流，創辦了《核聚變與等離子體物理》期刊，任主編。李正武曾任國際原子能機構國際聚變研究理事會首屆中國成員，曾任該機構《NuclearFusion》期刊編委，并曾多次任國際有關專業會議的顧問委員會成員。李正武先生曾列席第三屆全國政治協商會議，是第四、五、六、七屆全國政協委員。

李正武先生熱愛中國和人民，熱愛社會主義，熱愛科學，關心國家大事，特別注意國家的科技體制改革，總是及時、準確地理解與運用中央的精神。年過古稀，他仍注視著中國的受控核聚變研究，不時提出指導性意見；關心中國民品開發與生產，提出指導原則并努力身體力行，計劃開展開發研究的具體工作。李正武先生嚴以律己、寬以待人、誨人不倦、甘為人梯，以其嚴謹的治學態度熱情地培養了整整一代學術帶頭人。他高瞻遠矚、進取創新、嘔心瀝備、無私奉獻，為中國核能與核聚變事業作出了卓著的貢獻，無愧為中國受控磁約束核聚變的奠基人。

李正武院士，中國解放前去美國。1955年，經周恩來總理在日內瓦與美方嚴正交涉，被羈留在美的中國學者獲準回中國。李正武先生熱愛新中國，放棄了在美職位與優越的生活條件，偕夫人孫湘先生，攜出生僅二個月的幼子（估計這孩子就是李啟平），與著名學者錢學森等同船返回中國。

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