Descobrí el monofosfat cíclic d’adenosina (AMPc) i demostrà el seu paper en el mecanisme d’acció química de les hormones (teoria del segon missatger): l’hormona (primer missatger) activa el sistema d’adenilciclasa de la superfície cel·lular; això determina la producció d’AMPc a l’interior, el qual (segon missatger) activa l’enzim responsable de l’efecte final. Rebé el premi Nobel de medicina el 1971.