埃托雷·马约拉纳自小便拥有极高的数学天份。他在1923年刚进大学时读的是工程学。1928年，在埃米利奥·吉诺·塞格雷的建议下转到物理领域。虽然他真正研究物理的时间大约只有五六年，但他对物理有极敏锐的洞察力，特别是对很多当时的物理难题有超前思维，其成就只能用“无与伦比”来形容。

马约拉纳加入的是罗马大学物理研究所由费米(Enrico Fermi,一九三八年获诺贝尔物理学奖,第一座核反应堆的发明者)领导的研究组——Via Panisperna boys。 研究组的名字来自其实验室所在的地址。这个组在物理学界非常有名，里面汇集了一批意大利当时最优秀的青年物理学家，理论与实验并重，而且工作效率奇高。大家都以费米为中心展开工作，唯有马约拉纳在单打独斗。不过他超级的分析与计算能力及天才的物理直觉对整个研究组的帮助是无法估量的。然而有一件事一直让费米既头痛又无奈，那就是马约拉纳对发表研究成果持消极态度。很多时候一项实验完成了，同事们把实验结果拿给马约拉纳看，他往往立即就能进行分析和计算，并给出理论上的解释。要命的是，这些稍加补充与完善就能发表的分析和结论常常被他写在随手抓来的烟盒背面或餐巾上，而他写完后就将这些纸片一揉，直接丢进垃圾桶！

马约拉纳在1928年发表了第一篇论文，探讨了有关原子光谱的问题。 这个工作是费米所提出原子结构统计模型的早期应用。 （因为同时也由卢埃林·汤马斯写下，一般称作汤马斯-费米模型。）1932年他发表了篇研究在随时间变化的磁场下的原子光谱的论文。 伊西多·拉比以及其他人同时也在研究这个问题。 而这个问题也开启了原子物理理重要的新分支——无线电磁波频谱（radio-frequency spectroscopy）。 同年，马约拉纳写了另一篇文章探讨相对论性的粒子。 在这篇文章里，为了允许带任意动量的粒子，他发展并应用了劳仑兹群的无穷多维表示，并且写下了有关基本粒子质量的理论基础。 就如同马约拉纳大部分以意大利文写作的文章一样，这篇文章几十年来并没有受到广大的注意。

马约拉纳是个谜一样的人物，且不说他那些在物理学上匪夷所思的超前思维，单说他对生活中一些小事的判断也颇令人费解。比如他从来没交过女朋友，原因竟是他认为自己长得太丑。可从他的照片上看虽算不上英俊，但怎么说也不是个丑八怪。至于他的死(严格说应该是失踪)就更为离奇。1938年3月25日他给家人和他任职的那不勒斯大学物理研究所所长卡瑞利(Antonio Carrelli)各留了一封短信后,就登上了一艘开往西西里首府巴勒莫的邮船。一般人和警方都把这两封信解读为绝命书。不过也有两件事令人费解——他支领了半年的薪水并带走了所有重要的科研笔记，这不大像一个准备自杀的人所为。但如果事情到此为止人们大都还是会认定他自杀了。可出人意料的是他平安抵达了巴勒莫，而且又发了一封电报和一封信给卡瑞利。电报仅一句话：“别紧张，信随后就到。”信里则明确说他放弃了自杀的念头。根据记录，他确实买了返回那不勒斯的船票，而且有个同舱人(三人住一间舱房)曾作证说他在那不勒斯下船时马约拉纳还在舱里睡觉。但之后马约拉纳却像从人间蒸发了，没人知道他是否真在那不勒斯下了船，甚至无法确定他到底上没上开往那不勒斯的船。这种生死不明的结局为后人留下了想象的空间。以致几十年来不断有人宣称在世界的不同角落遇见过马约拉纳，版本之一是:在上世纪六十年代初，他经常在智利的一个小酒馆里吃饭,还在餐巾纸上演算数学问题……这些传闻无一能得到证实，恐怕均是媒体的炒作。时至今日意大利人也没有忘记他。他多次成为科幻小说或电影的主角，甚至还有关于他的科幻连环画集。在连环画里马约拉纳的结局最为辉煌——被外星人接走了！

马约拉纳是个计算天才：只要有他在的地方，就没有人会用计算尺和笔算。只要需要问他，请告诉我1538的对数，或者，243的平方根乘以578的立方根等于多少……费米和他曾有过一场计算能力PK，费米用纸笔尺，马约拉纳只用脑子，然后比赛结果是平局……而费米的计算能力则是：奥本海默爆炸原子弹的时候，他就站在很远之外，手里拿张纸，撕成碎纸片。原子弹的冲击波来了，他把纸一扔，然后根据纸片被卷走的高度、速度和距离计算释放的能量值。冲击波走了，他就算出来了，而且和精密仪器测试的结果不相上下……

费米与小马曾有一段对话：

马约拉纳：每隔500年才有一个类似阿基米德或牛顿这样的科学家出现，而每隔100年就有1至2个类似爱因斯坦和玻尔这样的科学家出现。

费米：那我将处于一个什么地位呢？

马约拉纳：理智一点，费米，我并没有谈到你我，我们谈的只是爱因斯坦与玻尔。

马约拉纳对名利、地位等几乎完全看淡，从不发表论文。1933年夏天，他因为病痛回到罗马，进行了四年的修养，专心研究物理。

1937年，因为突然想找工作，马约拉纳破例公开发表了一篇论文，假想马约拉纳费米子的存在。因为这篇论文，他被破格免试应聘为那不勒斯大学全职教授。

1938年3月25日，马约拉纳带着积蓄和科研笔记登上前往巴勒莫的轮船后，从此消失。

马约拉纳失踪后，4月17日的《星期天邮报》发布寻人启事：“三十一岁的年轻教授，身高一米七，偏瘦，黑色头发，棕色眼睛，一只手的手背上有一条长伤疤。”

费米曾这样评价马约拉纳：“科学家分好几种，二流或三流的科学家尽他们最大努力仍行而不远，一流科学家则做出推动科学进步的重要发现，他们都是天才，比如伽利略和牛顿，当然还有马约拉纳。”

在马约拉纳失踪的八十多年时间里，各种文学、戏剧、动漫对他的去向作出猜测：有人认为他成了乞丐流落街头，有人猜测他去了南美隐居，有人说他被外星人劫持，但更多人倾向于认为，他很可能是因为不愿意参与核武器的研发而被绑架乃至被害，一位科幻作家则在自己的小说里颁给了马约拉纳一个诺贝尔物理学奖。

1975年，作家夏侠出版《马约拉纳的失踪》，认为马约拉纳是由于天才的预见，意识到了即将发明的原子弹的危害，意识到了“物理学正走在错误的道路上”，出于悲伤选择逃离。

2008年，在马约拉纳失踪70年后，有人声称曾见过他，并展示了一张1955年拍摄的照片，经警方比对，照片与马约拉纳早年存照有10处相似点。

2016年11月，意大利哲学家吉奥乔·阿甘本出版著作《什么是真实？——马约拉纳的消失之一》，从哲学角度探讨马约拉纳的离奇失踪事件。