Enginyer per l’École Nationale Supérieure des Télécommunications de París (1975), es doctorà en física de la matèria condensada a la Universitat d’Orsay (1982). Després d’una estada postdoctoral a la Universitat de Califòrnia a Berkeley (1982-84), treballà al Commissariat à l’Énergie Atomique (CEA) de Saclay i fou director de recerca i cap del grup Quantronics del CEA-Saclay (1995 i 2002). Posteriorment, i durant vint anys, fou professor de física aplicada a la Universitat Yale, on contribuí a la creació del Yale Quantum Institute. Des del 2024 és professor de física a la Universitat de Califòrnia a Santa Barbara i científic en cap de maquinari quàntic de Google Quantum AI.
Les seves recerques s’han centrat en l’estudi dels efectes quàntics en circuits superconductors i en el desenvolupament de noves arquitectures per a la computació quàntica. Entre les seves aportacions més destacades hi ha el desenvolupament diferents tipus de qbits superconductors, com el quantronium, el transmon i el fluxonium, així com contribucions rellevants a l’electrònica quàntica de circuits i als amplificadors quàntics de microones.
A la dècada de 1980, juntament amb John Clarke i John M. Martinis, dugué a terme experiments pioners amb circuits superconductors que demostraren la tunelització quàntica macroscòpica i la quantització de l’energia en circuits elèctrics, proporcionant la primera evidència experimental que fenòmens quàntics característics del món atòmic poden manifestar-se també en sistemes macroscòpics. Aquests treballs establiren les bases dels circuits quàntics superconductors i impulsaren el desenvolupament de la computació quàntica. Per aquesta aportació compartí amb J. Clarke i J.M. Martinis el premi Nobel de física del 2025.