1913年，初入美國加州大學，后轉芝加哥大學，攻讀物理學，并獲得芝加哥大學物理系學士學位。
1918年，進入哈佛大學研究院，后轉入耶魯大學和普林斯頓大學，在普林斯頓大學師從物理學家康普頓教授。
1922年，獲得普林斯頓大學哲學博士學位，博士論文是研究低壓電弧的電子發射速率的實驗成果。同年返回祖國，應南開大學校長張伯苓的聘請，來到南開大學任教授，創立物理系并任主任。
1929年，獲得中華教育文化基金董事會獎助金，赴德國萊比錫大學波茨坦天文物理實驗室進修，從事原子光譜線的斯塔克效應的研究。經過三年的努力，完成了《論銣和銫的基本線系的二次斯塔克效應》論文。
1937年，抗日戰爭爆發后，先后在湖南長沙臨時大學和昆明西南聯合大學任物理系主任。期間培養了楊振寧、黃昆、張守廉、鄧稼先、李政道等一大批優秀物理學家。
1944年，休假到美國俄亥俄州立大學，與A．H．尼爾森（Nielsen）等合作進行分子紅外光譜的實驗研究。
1948年3月，當選為中央研究院第一屆院士。
1955年6月，當選為首屆中國科學院數理化學部學部委員。
1966年，文化大革命中遭到打擊和迫害，飽受折磨。
1968年10月16日，“清理階級隊伍”時，在北京大學燕南園51號上吊自殺身亡。
1978年，平反昭雪，鄧小平、烏蘭夫等黨和國家領導人在為其平反昭雪的追悼會上送了花圈。
饒毓泰是國際上早期研究斯塔克效應的光譜學家之一。20世紀30年代初在銣和銫原子光譜線的倒斯塔克效應實驗中，觀測到它們的主線系的分裂和位移現象。20世紀40年代與合作者在分子光譜和原子結構研究方面獲重要成果，記錄了難以分辨的w3的轉動光譜，為研究同位素氣體分子的振動—轉動光譜開辟了途徑。
饒毓泰先后培養了吳大猷、馬仕俊、馬大猷、郭永懷、虞福春、黃昆等一批中國國內外物理學家。
饒毓泰先后為中、青年教師和外校進修教師開設了《原子光譜》《氣體導電基本過程》《光的相干性理論》《塞曼斯效應與共振輻射》《熒光輻射的強度與偏振》《光磁雙共振》等課程。
1948年，當選為中央研究院第一屆院士。
1955年，當選為中國科學院學部委員。
饒毓泰研究了氣體導電過程，對低壓汞弧放電機理研究作出了重要貢獻。（中國科學院評）
饒毓泰是中國著名的科學家、教育家，是中國光學學科的先驅者。他為中國的早期科學發展做出了重要貢獻，培養了一大批中國國內外著名的科學家。（北京大學物理學院評）
饒毓泰對低壓汞弧放電機理的研究有突出貢獻。在原子光譜、分子光譜等研究領域中有重要建樹。（北京大學校史館評）
十大中國物理學家 NO.2
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