Estudià medicina a la Universitat de Gant i posteriorment a les de París, Lausana, Viena i Londres. El 1922 fou nomenat professor de farmacodinàmica a la Universitat de Gant i l’any 1930 substituí el seu pare en la càtedra de farmacologia i en la direcció de l’Institut J.F. Heymans. Els seus estudis se centraren en els receptors del sistema vascular que permeten al sistema nerviós vegetatiu regular la pressió arterial. El 1929 descobrí la sensibilitat de les artèries a certes variacions químiques de la sang, cosa que permet regular la respiració de manera que arribi la quantitat adequada d’oxigen al cor i a l’encèfal. El 1938 li fou atorgat el premi Nobel de medicina pels seus estudis sobre el paper del mecanisme sinusoidal i aòrtic en el control de la respiració.