Màster (1951) i doctor (1955) en física a la Universitat de Columbia. Durant el doctorat, fou crucial la seva col·laboració en el desenvolupament del primer màser, sota la supervisió de Charles H. Townes, que li valgué a aquest el premi Nobel de física del 1964. Des del 1955 fins a la jubilació (1980) treballà als laboratoris Bell-ATT, on fou director del departament d’electrònica quàntica.
Altres aportacions seves foren l’aplicació de la teoria de la informació de Shannon a la mecànica quàntica, fonamental en el desenvolupament del làser, els treballs per al disseny de la trampa magnètica i l’estudi dels solitons.
Fou membre de l’Acadèmia Nacional d’Enginyeria (1985) i de l’Acadèmia Nacional de Ciències dels EUA (1988) i, entre altres guardons, rebé el premi Charles Townes (1980) i el Max Born (1991).