Graduat (1955) i doctorat (1960) en física a l’Institut Federal de Tecnologia de Suïssa, en 1961-62 es dedicà a la recerca sobre superconductors a la Universitat de Rutgers (EUA) i el 1963 s’incorporà al laboratori de la IBM a Suïssa, on desenvolupà, juntament amb Gerd Binnig, el microscopi de rastreig d’efecte túnel, per la qual cosa compartí amb ell i amb l’alemany Ernst Ruska el premi Nobel de física del 1986. Aquest instrument (conegut també per la sigla STM, corresponent al nom anglès scanning tunnel microscope), que permet visualitzar i manipular àtoms, ha estat d’importància cabdal en el desenvolupament de la nanotecnologia i de la biologia molecular.