Elemi iskoláit szülőfalujában végezte, majd Debrecenbe került, ahol a Református Kollégiumban folytatta tanulmányait. Bayra nagy hatással volt a művészet és sokáig nem tudott dönteni, hogy a természet- vagy a társadalomtudományokat válassza-e élethivatásul. Eötvös Loránd munkásságának megismerése után kötelezte el magát a fizika mellett. A gimnázium után Budapestre került, a Pázmány Péter Tudományegyetemen szerzett matematika-fizika szakos tanári diplomát. Egyetemi tanulmányainak befejezése után az Elméleti Fizika Tanszéken oktatott. 1926-ban a legmagasabb kitüntetéssel szerezte meg a doktori fokozatát fizikából. Disszertációja az átlátszó közegek magnetooptikájának molekuláris elméletéről szólt, mellyel Bay csatlakozott a fizika új fejlődési irányához, az atomfizikához.

Bay Zoltán tanulmányai befejezése után négy évet töltött a berlini kutatóintézetekben. A német főváros ebben az időben élte fénykorát, olyan fizikusok dolgoztak itt, mint Planck, Einstein, Schrödinger, Laue. A hidrogénmolekula folytonos színképén alapuló, új, nagy energiájú ultraibolya fényforrást fejlesztett ki. Kísérletével először bizonyította be spektroszkópiai úton, hogy az aktív nitrogéngáz szabad nitrogénatomokat tartalmaz. Az eredmények elismeréseként 1930-ban Bay Zoltánt kinevezték a szegedi egyetem Elméleti Fizika Tanszékének oktatójává. Oktatói tevékenységén kívül a nagyfeszültségű gázkisülésekkel foglalkozott. A gázkisülések vizsgálata után az elemi részecskék számlálása felé fordult figyelme.

1936-ban a kutatómunkát Budapesten a Tungsram Laboratóriumban és a Budapesti Műszaki Egyetemen folytatta. A laboratóriumban a szokásostól eltérően jól képzett szakembergárda és modern felszerelés állt a tudós rendelkezésére. Bay számos szabadalmat jelentett be a labor vezetőjeként.

1938-ban megszervezte a Budapesti Műszaki Egyetemen az Atomfizika Tanszéket a Tungsram támogatásával. Emellett folytatta kísérletsorozatát is, melynek eredményeként létrehozta az elektronsokszorozás elvén alapuló részecskeszámlálót és megteremtette az első radarkapcsolatot a Holddal. Az elektronsokszorozóval igazolta, hogy az energia foton és elektron ütközésekor is megmarad. 1946-ban tudományos munkásságának elismeréséül megválasztották a Magyar Tudományos Akadémia Matematikai és Természettudományi Osztálya elnökének.

A csillagászat iránt mindig is érdeklődött, s szívesen emlékezett vissza arra, hogy 10 évesen láthatta a Halley-üstököst. Egyetemi évei alatt távcsövet épített, megfigyelte a Jupiter holdjait, megismerte a csillagképeket és a Hold tájait. Így nem csoda, mikor olvasott a mikrohullámú radartechnikáról, rögtön felmerült benne, e technikával el lehetne érni a Holdat. Kidolgozott egy elvi megoldást, amitől nem tért el a nehézségek ellenére sem, s végül 1946. február 6-án kijelenthették, megradarozták a Holdat. Habár már egy hónappal előtte az Egyesült Államokban hasonló eredményre jutottak, ez nem csökkenti Bay és társai érdemeit, elvégre ők a háborús időkben, az amerikaiakénál nehezebb körülmények között végezték kísérleteiket, s szűkösebb anyagi keret állt rendelkezésükre is. Így Bayt a radarcsillagászat történetírói e tudományág szülőatyjának nevezik.

1948-ban elfogadta a washingtoni George Washington Egyetem meghívását, ahol a Kísérleti Fizika Tanszék professzoraként tevékenykedett 1955-ig. Hamarosan a gyorskoincidencia-kísérletekkel kezdett foglalkozni. Emellett Szentgyörgyi Alberttel együtt biofizikai problémák megoldását is kutatta.

Az Egyesült Államokban a Nemzeti Szabványügyi Hivatalban dolgozott 1955-től 1972-ig, nyugdíjazásáig. Mikor a lézer bevonult a kísérleti fizikába, ő is érdeklődéssel fordult feléje. A fénysebesség mérésének új lehetőségét látta ezen eszközben. S ez lett a méréstan új mérföldköve is. Publikációiban kitartóan harcolt a fénysebességen alapuló egységes idő-hosszúság standard bevezetéséért. Bay maga is megjegyezte, hogy eddigi pályafutása során soha nem ütközött ekkora ellenállásba, mint a standardizálási rendszer új alapokra helyezésénél.

Forrás: Gombkötő Erzsébet (Békés Megyei Levéltár)