Féu estudis sobre els microorganismes del sòl i descobrí l’estreptomicina, substància extreta de Streptomyces griseus , que s’ha revelat eficaç contra microorganismes que no podia combatre la penicil·lina, com el bacil de Koch; per això s’ha convertit, des dels anys quaranta, en el tractament fonamental de la tuberculosi. Waksman rebé el premi Nobel de medicina l’any 1952, com a reconeixement d’aquesta descoberta..
El 1932 es doctorà en zoologia a la Columbia University, i amplià estudis al Kaiser-Wilhelm Institut de Berlín en 1932-33. Després d’un any a la Universitat de Chicago, fou professor de bioquímica i biologia a la Universitat de Harvard, on romangué fins a la jubilació (1977). El 1967 rebé, juntament amb R.Granit i H.Hartline, el premi Nobel de medicina pels seus estudis sobre l’acció de la vitamina A en els processos fotoquímics de la retina.
Contribuí al desenvolupament de la teoria de la “neurona” (nom proposat per ell, com també el de “cromosoma” i d’altres que han reeixit), estudià el sistema limfàtic, els teixits cancerosos, etc, i s’ocupà llargament de qüestions embriològiques.
A partir del 1918 investigà el mecanisme químic de la respiració cel·lular i descobrí l’acció d’un ferment respiratori, compost de ferro i porfirina. Aquests estudis sobre l’oxidació cel·lular li valgueren el premi Nobel de medicina de l’any 1931..
És considerat com un dels fundadors de la psicofísica, per tal com formulà la llei que porta el seu nom, sobre el caràcter constant del llindar diferencial relatiu de l’estímul sensible. A partir d’aquesta llei, G.Th. Fechner elaborà la que ha estat coneguda com a llei de Weber-Fechner, o llei psicofísica. Germà de Wilhelm Eduard Weber.
Professor de mineralogia (1828-32) i de filosofia moral (1838-55) a Cambridge, modificà l’empirisme tradicional en destacar una activitat a priori de l’esperit en la reunió i conformació de les sensacions i considerà la ciència com un procés de creixement orgànic de la raó. La seva obra principal, History of the Inductive Sciences (1837), tingué una gran influència en el neopositivisme del cercle de Viena.