Estudià medicina a la Universitat de Yale, on es llicencià el 1962. Posteriorment, el 1969, es doctorà a la Case Western Reserve University de Cleveland (Ohio). Un cop doctorat començà les investigacions científiques al National Heart Institut (1969-71). Fou professor de farmacologia a la Universitat de Virginia (1971-81) i cap de departament de farmacologia a la Universitat de Texas (1981-2005) de la qual arribà a ser el degà de la facultat de medicina (2005). El 1994 li fou concedit el premi Nobel de medicina, juntament amb Martin Rodbell, pel descobriment de la funció de les anomenades “proteïnes G” en la transducció cel·lular de senyals.