加州理工学院获得核物理学博士学位。他的博士论文内容是关于质子与轻元素发生的核反应，这个过程对恒星内部的碳氮氧循环很重要。此后他一直到他逝世为止留在加州理工学院。他最着名的论文是1957年与玛格丽特·伯比奇、杰佛瑞·伯比奇和弗雷德·霍伊尔一起写的《恒星内部的元素合成》（""，《现代物理评论》第29卷第4期，547-650页）。这篇论文描写了恒星内部通过核合成的反应而形成元素的过程。1983年福勒因其对核反应的理论和试验研究以及对宇宙化学元素分布的解释获得了诺贝尔物理学奖。福勒是在俄亥俄州利马长大的，这