Das Studium in München und Heidelberg schloss er 1958 mit einer Doktorarbeit über die "rückstoßfreie Kernresonanzabsorption bei Gammastrahlen" ab.

Drei Jahre später bekam er dafür und für weitere Arbeiten den Nobelpreis für Physik – im Alter von nur 32 Jahren.

Der Mößbauer-Effekt lässt sich zum Beispiel nutzen, um die chemische Zusammensetzung von Gesteinen zu untersuchen. Dabei wird die charakteristische Gammastrahlung gemessen, die die Atomkerne bestimmter Elemente aussenden, wenn sie von radioaktiver Strahlung angeregt werden.

Die beiden NASA-Marsrover Spirit und Opportunity verfügten über Mößbauer-Spektrometer des Max-Planck-Instituts für Chemie in Mainz. Ihre Daten zeigten, dass es auf Mars viele Minerale gibt, die nur in Anwesenheit von Wasser entstanden sein können.

Nach einem Forschungsaufenthalt in Kalifornien nahm Rudolf Mößbauer 1965 einen Ruf an die heutige TU München an – unter der Bedingung, die bis dahin getrennten Institute für theoretische, experimentelle und technische Physik zu einem Physik-Department nach US-Vorbild zu vereinen und mit besseren Laborräumen auszustatten.

1997 ging Rudolf Mößbauer in den Ruhestand. 2011 ist der Forscher, dessen Entdeckung für die Erkundung des Wassers auf dem Mars so entscheidend ist, im Alter von 82 Jahren gestorben.