A Ph. D. fokozatot a California Institute of Technology-ban kapta meg 1936-ban, és itt is tanított egész pályafutása során, 1946-tól mint professzor. 1970-től volt professzor emeritus. Elsősorban magfizikával és asztrofizikával foglalkozott, a csillagokban lezajló magreakciókat vizsgálta. 1957-ben Margaret és Geoffrey Burbidge, Fred Hoyle és Fowler közös cikkükben fogalmazták meg annak elméletét, hogy hogyan keletkeznek a kémiai elemek a csillagok belsejében. Ez igen jelentős hozzájárulás volt a világegyetem korának és fejlődésének megértéséhez. A későbbiekben is jelentős eredményeket ért el a hélium és deutérium világegyetemben való előfordulásának vizsgálatában 1983-ban Subrahmanyan Chandrasekhar-ral együtt kapta a fizikai Nobel-díjat a kémiai elemek világegyetemben való keletkezésében fontos szerepet játszó magreakciók elméleti és kísérleti vizsgálatáért.