Bay Zoltán Lajos 1900. július 24-én született a Gyulához tartozó Gyulaváriban. A legenda szerint általános iskolásként a gyulai templomtorony mögött a Holdat látva kezdett el először azon gondolkozni, hogy elérné-e, ha felmászna a toronyba. A debreceni református kollégiumban érettségizett, majd elvégezte a budapesti Pázmány Péter Tudományegyetem matematika–fizika szakát. 1926-ban ösztöndíjjal Berlinben dolgozott, akkor fedezte fel, hogy az aktív nitrogéngáz szabad nitrogénatomokat tartalmaz. Hazatérése után, harmincévesen az ország legfiatalabb tanszékvezető professzora lett a szegedi egyetem elméleti fizikai tanszékén. Munkatársaival kifejlesztett egy újfajta elektrokardiográfot, és közel járt a szívritmus-szabályozó, azaz a pacemaker megvalósításához is.
1936-ban Magyarország egyik legjobban felszerelt tudományos műhelye, az Egyesült Izzó kutatólaboratóriumának élére hívták meg. Ezzel egyidejűleg a budapesti Műegyetemen – az országban elsőként – atomfizikai tanszéket hozott létre. A tanszéken a fotonáram mérésére használt ipari célú elektronsokszorozót a fotonszámlálás leggyorsabb eszközévé fejlesztette. Ma is ez az elv szolgál az alapjául minden gyors atomszámláló eljárásnak. Később, már Amerikában az eszközével bebizonyította, hogy elektron–foton ütközések során az energia megmaradásának törvénye nemcsak statisztai átlagban, hanem 0,00000000001 pontossággal is teljesül.
A második világháború alatt a honvédség őt bízta meg a rádiólokátor, azaz a radar kifejlesztésére alakult tudóscsoport munkájának irányításával. Vezetésével 1943-ra sikerült olyan készüléket szerkeszteni, amely már 18 kilométer távolságból észlelte a tárgyakat. Ekkor fogant meg benne az ötlet: „küldjünk jeleket a Holdra, s nézzük meg, miként érkeznek vissza”. Budapest ostroma után berendezéseinek nagy részét a Szovjetunióba vitték, s bár társaival képesek voltak új berendezést készíteni, ez – kényszerből – hosszabb hullámon működött, és rosszabb volt a jel/zaj viszonya.