Graduat en matemàtiques a la Universitat de Harvard, es doctorà a l’Institut de Tecnologia de Califòrnia el 1961. Del 1963 al 1988 fou professor de física a la Universitat de Cornell (Ithaca, Nova York). L’any 1988 passà a la Universitat de l’estat d’Ohio, on es retirà el 2008.
Demostrà que els fenòmens crítics de les transicions de fase es diferencien de la majoria dels altres fenòmens físics pel fet que, a efecte de llurs càlculs, es regeixen per escales molt diverses. Les seves descobertes són aplicables a un gran nombre de situacions físiques.
Destacà també en l’estudi dels quarks, tant en l’aplicació dels primers programes d’ordinadors com en les aportacions a la teoria quàntica de la cromodinàmica.
Rebé nombrosos guardons, entre els quals destaquen la Medalla Boltzmann (1975), el premi Wolf (1980), la Medalla Franklin (1982) i el premi Nobel de física (1982).