Doctorat a la Universitat Rockefeller (1964), de la qual fou professor en 1990-94 i director en 1990-91, des del 1968 exercí la docència, la investigació i càrrecs directius al MIT.
Compartí el premi Nobel de fisiologia i medicina del 1975 amb R. Dulbecco i H.D. Temin, pels seus treballs sobre virus d’ARN, la descoberta de l’enzim transcriptasa inversa (ADN polimerasa-ARN dependent), i per la fixació dels processos moleculars mitjançant els quals la informació genètica s’incorpora a l’ADN.
Fou una veu pionera en la lluita contra la sida a partir de 1986, i el 1996 fou nomenat cap del Comitè per a la recerca sobre la sida de l’Institut Sanitari Nacional dels EUA. Dirigí (1982-1990) el Whitehead Institute for Biomedical Research, a Cambridge, Massachusetts, a més de formar part de la National Academy of Sciences.
Publicà més de 600 articles científics i fou guardonat amb la Medalla Nacional de la Ciència dels Estats Units.