Mottelson estis naskita en Ĉikago, Illinois, la filo de Georgio (Blum) kaj Goodman Mottelson, inĝeniero. Li diplomiĝis de Lyons Township High School en LaGrange, Illinois. Li ricevis bakalaŭran diplomon de Purdue University en 1947, kaj Ph.D. en nuklea fiziko de Harvard University en 1950.
1947 -a jaro