Residí a l’URSS des del 1923 i estudià a la Universitat de Leningrad, on es graduà el 1939. Posteriorment feu recerca a l’Institut Lebedev de Moscou (1946-83), i des del 1954, a l’Institut d’Energia Atòmica. Estudià la propagació de les ones electromagnètiques, la radiofísica quàntica i sobretot els generadors i amplificadors moleculars, el desenvolupament dels quals donà lloc al màser i al làser.
El 1959 rebé el premi Lenin i el 1964 el premi Nobel de física, juntament amb N.G. Basov i C.H. Townes.