Es doctorà en medicina a la Universitat de Tufts l’any 1986. Després de diverses estades postdoctorals a la Universitat de Brandeis i a la Harvard Medical School, el 1996 acceptà una plaça com a catedràtic i director del Laboratori de Neurobiologia Molecular i Biofísica de la Rockefeller University, càrrecs que comparteix actualment amb el d’investigador al Howard Hughes Medical Institute. El 1998 sorprengué la comunitat científica en publicar la determinació de l’estructura espacial del canal pel qual els ions potassi travessen la membrana cel·lular. Gràcies a aquest treball els científics poden estudiar com es duu a terme aquest transport i quins senyals hi participen. Els canals iònics són especialment importants en el funcionament de les cèl·lules nervioses, ja que estan implicats en la generació i la transmissió dels impulsos elèctrics que permeten intercanviar informació entre les diferents neurones. L’any 2003 rebé el premi Nobel de química, juntament amb Peter Agree.