Estudià a les universitats de Tübingen, Berlín i Bonn. Es traslladà el 1937 als EUA on es naturalitzà el 1945. Fou professor de biologia al California Institute of Technology (1947-77), membre de la National Academy of Sciences i de diferents col·lectius científics internacionals. Es destaquen els seus treballs sobre la genètica dels bacteriòfags i de la mosca drosòfila, sobre la fisiologia dels sentits i també sobre la teoria quàntica dels enllaços químics. Juntament amb A.D. Hershy i S.E. Luria li fou atorgat el premi Nobel de medicina i fisiologia (1969) per les investigacions sobre la funció i el paper genètic de el DNA.