1939-ben doktorált a CalTech-en, majd 1947-ig a Bell Laboratórium fizikusa lett. 1950-ben a Columbia Egyetem, 1961-től a MIT professzora volt. A világháború alatt radarkutatásokkal foglalkozott, majd az itt szerzett ismereteit hasznosította a háború utáni években a mikrohullámú spektroszkópia területén. 1953-ban James P. Gordonnal és Herbert J. Zeigerrel megépítették az első ammónia-mézert. 1958 és 1964 között sógorával, Arthur Schawlowval úttörő munkát végeztek a látható és az ultraibolya frekvenciatartományban működő erősítők, a lézerek létrehozásában is. 1964-ben Nyikolaj G. Baszovval és Alexandr M. Prohorovval fizikai Nobel-díjat kaptak "a kvantumelektronika területén végzett alapvető munkásságukért, mely a mézer és a lézer típusú erősítők és oszcillátorok megszerkesztéséhez vezetett". (Piriti János)