S'especialitzà en l’estudi dels neutrins que provenen del Sol i tingué un paper important en el projecte del satèl·lit espacial Hubble. A la dècada de 1960 desenvolupà, juntament amb Raymond Davis Jr., un model del Sol que predeia el flux de neutrins que ha d’arribar a la Terra segons l’edat, la temperatura, etc. Les primeres observacions experimentals, tanmateix, no estaven d’acord amb el seu model (l’anomenat “problema dels neutrins solars”), discrepància que costà trenta anys de resoldre. Finalment, però, les dades experimentals obtingudes permeteren confirmar el model, fet pel qual R.Davis Jr. i Masatoshi Koshiba reberen el premi Nobel de física (2002).