Nel 1938 si era laureato in fisica all'Università di Padova. Aveva come relatore Bruno Rossi, che dovette essere rimpiazzato in seguito alle leggi razziali. Questa violenza non dovette essere estranea al successivo impegno politico di Pancini, che nel 1939 si unì, a Roma, al gruppo di ricerca sulla radiazione cosmica diretto da Gilberto Bernardini. Richiamato alle armi nel 1941, Pancini è sottotenente nell'artiglieria contraerea, ma non abbandona i suoi studi. Nell'inverno del 1942-43, durante un breve periodo di licenza, lavora con Bernardini e Piccioni, al Plateau Rosa, a importanti esperimenti di fisica.
Dopo l'8 settembre del 1943, il fisico si dedica a tempo pieno alla lotta armata contro i nazifascisti. Proveniente dal Partito d'Azione, diventa comandante di una formazione GAP con il nome di battaglia di "Achille" e diviene poi responsabile militare del PCI nel CLN del Veneto.
Dopo la Liberazione, Pancini torna ai suoi studi di fisica, anche se non abbandona l'impegno politico nel Partito comunista, del cui Comitato centrale è chiamato a far parte. Assistente di fisica a Padova e poi a Roma, in un'aula di un liceo della Capitale conduce, nel 1946, con Marcello Conversi e Oreste Piccioni, un cruciale esperimento sulle particelle penetranti della radiazione cosmica. Viene così scoperta la particella che, in seguito, diverrà nota come muone e che segnerà la nascita della "fisica delle alte energie".
Negli anni, Pancini diventa titolare della cattedra di Fisica sperimentale a Sassari, Genova e Napoli. Pancini, che ha lasciato il PCI nel 1969 per passare col gruppo del "Manifesto", ha ricevuto riconoscimenti in tutto il mondo per la sua attività di ricercatore. Dopo la sua morte, l'Aula magna del Dipartimento di fisica dell'Università di Genova è stata intitolata ad Ettore Pancini.