Сначала его учили дома, потом отправили в иезуитскую школу в Риме. Но завершил среднее образование он уже в лицее имени Торквато Тассо - ему еще не было и семнадцати лет. Осенью 1923 года он поступил в техническую школу Римского университета, где учился вместе со старшим братом Лучано и Эмилио Сегре. Эмилио и убедил его позднее заняться физикой, и в 1928 году Майорана перевелся в Институт теоретической физики, которым в то время руководил Энрико Ферми. Год спустя он получил докторскую степень с отличием, но еще пять лет продолжал работать с Ферми над решением проблем ядерной физики. Хотя все научные труды Майораны состоят только из восьми статей, опубликованных с 1928 по 1937 год, они попрежнему вызывают изумление и восхищение в ученом мире. В его статьях видны доскональное знание экспериментальных данных, способность ясно и просто формулировать проблемы, живой ум и непреклонное стремление к совершенству. Его критические отзывы о работе коллег завоевали ему прозвище <Великий инквизитор>. Но и к самому себе он был не менее требователен, чем, возможно, и объясняется неторопливость и сравнительно малое количество научных работ, выпущенных за годы после защиты докторской диссертации.
По настоятельной рекомендации Ферми в начале 1933 года Майорана, получив стипендию Национального научного совета, уехал за границу. В Лейпциге он познакомился с еще одним лауреатом Нобелевской премии Вернером Гейзенбергом. Письма, которые Майорана позднее ему писал, показывают, что их связывала не только наука, но и теплая дружба. Гейзенберг убеждал молодого итальянца побыстрее публиковать свои работы, но тому, видимо, не хотелось торопиться.
Назревающий кризис
Осенью 1933 года Майорана вернулся в Рим. Он неважно себя чувствовал: в Германии он заболел острым гастритом, а кроме того, явно страдал от нервного истощения. Вынужденный соблюдать строгую диету, он стал затворником, был резок с родными. Матери, к которой раньше относился с теплотой, он написал из Германии, что не сможет, как обычно, поехать с ней летом к морю.
Он реже появлялся в институте, а вскоре почти совсем перестал выходить из дома; многообещающий молодой ученый превратился в отшельника. Почти четыре года он не общался с друзьями и ничего не публиковал. Лишь в 1937 году Майорана вернулся к тому, что можно назвать <нормальной> жизнью. В этом году, прервав долгое молчание, он опубликовал научную статью, которая окажется его последним печатным трудом, и подал заявление на должность профессора физики. В ноябре он стал профессором теоретической физики Неапольского университета.