Estudià a Zuric i Leipzig, on fou alumne de Heisenberg; el 1930 anà a Copenhaguen, on col·laborà amb Bohr. El 1933 emigrà als EUA, on fou professor a la Universitat de Stanford fins el 1971. El 1952 li fou concedit, juntament amb E.M.Purcell, el premi Nobel de física pel descobriment de la ressonància magnètica nuclear, que permet l’estudi del nucli atòmic. Ha fet també contribucions a la física d’estat sòlid. Ideà un mètode per a polaritzar neutrons (1934), amb el qual, juntament amb L.Álvarez, determinà el moment magnètic del neutró (1939). Estudià la forma de les funcions d’ona d’un electró en el si d’una xarxa cristal·lina (funcions de Bloch, teorema de Bloch).