1900-ban fejezte be tanulmányait Oxfordban és még abban az évben a montreali McGill Egyetemen Sir Ernest Rutherford munkatársa lett, aki akkor a radioaktivitás vizsgálatával foglalkozott. Közösen tanulmányozták a radium sugárzását, valamint a sugárzással kapcsolatban az atomot vizsgálták. Megfogalmazták a radioaktív bomlás elméletét: a radioaktív sugárzás spontán atomátalakulások során keletkezik. Tanulmányozták a radioaktív bomlás folymatát és felfedezték, hogy az alfa-bomlás során hélium keletkezik. 1921-ben kémiai Nobel-díjat kapott a radioaktív anyagok kémiájáról szerzett ismereteink bővítéséért, valamint az izotópok keletkezésének és természetének vizsgálataiért.