Després de graduar-se en física al King’s College (1967), l’any següent feu recerca a l’Institut Weizmann de Rehovot (Israel) i en 1968-71 al Laboratori de Biologia Molecular de Cambridge (Gran Bretanya), on es doctorà amb una tesi sobre anàlisi conformacional de les proteïnes. Formà part de l’equip de recerca i docent d'aquest laboratori fins el 1987, alternant estades a l’Institut Weizmann i a l'Institut Salk de Califòrnia. Des d’aquest any és professor del departament de biologia estructural de la Universitat de Stanford, del qual fou director del 1993 al 2004. Ha fet aportacions en el camp de la simulació per ordinador de processos químics en proteïnes, especialment l’ADN i l’ARN, dirigides a escatir l’estructura del genoma. Per aquestes aportacions, el 2013 compartí el premi Nobel de química amb Martin Karplus i Arieh Warshel. És membre de la Royal Society (2001), de l’Acadèmia Nacional de Ciències dels EUA (2002) i de l’Acadèmia d’Arts i Ciències dels EUA (2010).