Han har doktorgrad i fysikk fra University of California, Berkeley fra 1976. I 1987 ble han professor ved Stanford University. Som forsker er han særlig kjent for sitt arbeid innen kjøling og lagring av atomer med laserlys, som han ble tildelt Nobelprisen i fysikk for i 1997. Han delte prisen med amerikanske William D. Phillips og franske Claude Cohen-Tannoudji.