Professora de la Duke University i de la North Carolina University, estudià el metabolisme dels àcids nucleics per tal de trobar diferències entre les cèl·lules normals i les canceroses. Els seus estudis contribuïren al descobriment i a la síntesi de substàncies antitumorals (6-mercatopurina i tioguanina), immunosupressores (azatioprina), antibacterianes (trimetoprim) i antivíriques (AZT). El 1988 rebé el premi Nobel de medicina, juntament amb J.W.Black i G.H.Hitchings, amb el qual dugué a terme les seves recerques.