Anderen Kindern legen Eltern Rasseln in die Wiege, neben Baby Niels glänzte ein Nobelpreis. Schon sein Vater Christian, Professor für Physiologie, war zweimal für die Auszeichnung nominiert gewesen. Bohr junior berichtete aus seiner Jugend von täglichen wissenschaftlichen Diskussionen mit den Eltern und dem Bruder, von "einem reichen intellektuellen Leben". Sein Bruder Harald spielte Fußball in der dänischen Nationalmannschaft – und wurde ein bedeutender Mathematiker . Niels selbst wurde einer der größten Naturwissenschaftler des 20. Jahrhunderts.

Niels Bohr wurde am 7. Oktober 1885 geboren, er schrieb sich 1903 an der Universität Kopenhagen ein, wurde 1909 Magister und promovierte 1911 über die Eigenschaften von Metallen. Dann wechselte er nach Cambridge und ein Jahr später nach Manchester in das Labor von Ernest Rutherford. Der hatte 1908 den Nobelpreis für Chemie erhalten und war einer der innovativsten Forscher seiner Zeit.

Einer Zeit, in der die heute als "alte Quantentheorien" bezeichneten Ansätze noch neu waren. Erste Ideen Max Plancks von 1900 hatte Albert Einstein 1905 um die Quantisierung des Lichtes erweitert: Mit der Annahme, dass Licht aus Energieportionen besteht, konnte er erklären, dass Licht bestimmter Farben Elektronen aus Metall herauslösen kann.

Rutherford und sein Team wiesen 1911 nach, dass ein Atom aus einem positiv geladenen Kern und negativ geladenen Elektronen besteht, die ihn in einigem Abstand umkreisen. 1913 wandte Bohr die Ideen der Quantentheorie darauf an und postulierte, dass diese Elektronen nur bestimmte Umlaufbahnen mit unterschiedlichen Energieniveaus einnehmen können. Nach und nach weitete er seine Erkenntnisse auf das Periodensystem der Elemente aus.

1912 heiratete Bohr Margrethe Nørlund . Sie bekamen sechs Söhne, von denen zwei jung starben. Margrethe wurde auch seine Assistentin und erste Kritikerin seiner Ideen. Die Leidenschaft für Naturwissenschaft vererbte sich: Sohn Aage erhielt 1975 mit zwei anderen Forschern den Physiknobelpreis für Arbeiten über den Atomkern.

Im Frühjahr 1916, Bohr war 30 Jahre alt, übernahm er den neuen Lehrstuhl für theoretische Physik an der Universität Kopenhagen, den er dank seines Talents für Diplomatie und Fundraising rasch zu einem Institut ausbaute. In der Einweihungsrede 1921 versprach er, es solle einer jungen Generation von Physikern Raum für neue Ideen geben. Wissenschaftler priesen den "Geist von Kopenhagen".

1922 bekam Bohr den Physiknobelpreis . Andere Physiker bemängelten, er verbinde auf unzulässige Weise Elemente der klassischen Physik und der Quantenphysik. Bohr selbst glaubte, dass auf die erste "Quantenrevolution" eine weitere folgen müsse. Er behielt Recht: Werner Heisenberg entwickelte 1925 die Quantenmechanik. Er war zwischen 1926 und 1927 Bohrs Assistent; beide formulierten die "Kopenhagener Interpretation" dieser Theorie.