Es conocido sobre todo por sus modelos de formación estelar y evolución presecuencia principal.
Hayashi nació en Kioto y se licenció en Física por la Universidad Imperial de Tokio en 1942.
En 1945, acabada la guerra, regresó a su ciudad natal, Kioto, donde se unió al grupo de investigación del profesor Hideki Yukawa en la Universidad de Kioto y estudió física de partículas elementales y astrofísica.
[1] En 1950 realizó una importante contribución a la teoría del Big Bang al demostrar que el modelo de nucleosíntesis propuesto por Ralph Alpher y George Gamow (teoría Alpher-Bethe-Gamow) debía complementarse con la creación de pares electrón-positrón.
[3] También participó en los primeros estudios sobre las enanas marrones, algunas de las estrellas más pequeñas que se han formado.