El 1961 es doctorà per l’Institut Carnegie de Tecnologia de Pittsburgh. Posteriorment desenvolupà la carrera de recerca a la Universitat de Boulder (Colorado) fins el 2004. Juntament amb Roy Glauber i Theodor Hänsch, el 2005 li fou atorgat el premi Nobel pel mesurament de freqüències de gran precisió utilitzant tècniques de l’òptica quàntica, que han permès el desenvolupament d’aplicacions com ara el GPS i altres instruments que requereixen una gran exactitud.