Graduat el 1953 i doctorat el 1958 per la Universitat de Glasgow, on continuà com a professor i investigador. En un experiment realitzat el 1961 descartà la influència de la rotació de la Via Làctia en les propietats del nucli atòmic. Anomenat experiment de Hughes-Drever, confirmà el principi d’equivalència de la teoria de la relativitat general d’Einstein, segons el qual totes les masses d’un camp gravitacional experimenten la mateixa acceleració. El 1970 inicià les investigacions sobre les ones gravitacionals. Cridat per l’Institut Tecnològic de Califòrnia (Caltech) el 1979, fins el 1992 fou un dels tres principals responsables del disseny i la construcció del Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), el qual, acabat el 2010, l’any 2016 confirmà l’existència de les ones gravitacionals predites per Einstein. Continuà la docència al Caltech fins el 2002 i posteriorment retornà a Escòcia.