Emigrà als EUA amb motiu de la Guerra Civil Espanyola de 1936-39, i reeixí en les seves primeres investigacions sobre les fosforilacions oxidatives (1941), que el portaren, juntament amb W. Vishniac, a una nova interpretació de la fotosíntesi (1952), amb la qual posà en clar el paper de la llum en aquest procés de respiració vegetal, després de les investigacions fonamentals de Hill i d’Arnon. Cap del departament de bioquímica de la Universitat de Nova York (1954-75), portà a terme, juntament amb A. Kornberg, una sèrie d’investigacions sobre els àcids nucleics, que feren possible la síntesi enzimàtica de l’ARN (1959), d’importància cabdal en la transmissió del codi hereditari des del nucli cel·lular fins al citoplasma. Li fou atorgat el premi Nobel de medicina l’any 1959, compartit amb A. Kornberg. El 1985 retornà a Espanya.