El 1969 es doctorà en física a la Universitat de Heidelberg. En 1972-86 treballà a la Universitat de Stanford (Califòrnia, EUA). Des del 1986 és director de l’Institut Max Planck d’òptica quàntica i professor de física experimental i espectroscòpia làser de la Universitat Ludwig-Maximilians de Munic. El 2005 rebé el premi Nobel de física (compartit amb Roy Glauber i John Hall) pel mesurament de freqüències de gran precisió utilitzant tècniques de l’òptica quàntica, especialment el rastreig òptic de freqüència.