Współtwórca elektroniki kwantowej.
W 1953 roku zbudował pierwszy amoniakalny maser (ang. Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation), wzmacniacz lub generator spójnego promieniowania w zakresie mikrofal.
Twórca laserów i maserów (w roku 1958, wraz z A.L. Schawlowem, podał teorię pracy lasera).
Autor prac z zakresu elektroniki kwantowej oraz radioastronomii, inicjator badań astronomicznych w zakresie fal radiowych i promieniowania podczerwonego, które doprowadziły do odkrycia w materii międzygwiezdnej cząsteczek wody i amoniaku.
W 1964 roku otrzymał Nagrodę Nobla za skonstruowanie masera.
