En1946, sous la direction de Bernard Brodie auGoldwater Memorial Hospital, il poursuit des recherches sur lesanalgésiques pour contourner les effets secondaires de l'aspirine (antiagrégant entre autres). Ils aboutiront, après avoir découvert l'acétanilide, à proposer un de ces dérivés comme substitut : leparacétamol (4-acétylaminophénol).
Leprix Nobel de physiologie ou médecine qu'il reçoit en1970 concerne ses travaux sur la libération, la recapture et le stockage de l'adrénaline et la noradrénaline.Au cours de ses recherches sur lamonoamine oxydase, il a découvert que l'action de ces neurotransmetteurs ne se limitait pas à une simple libération, mais qu'ils étaient recapturés etreconditionnés par leneurone présynaptique pour les utilisations ultérieures. Ce fut la base du développement desinhibiteurs sélectifs de la recapture de la sérotonine.
Avec ses collègues, il montra que lamélatonine est générée à partir dutryptophane (comme lasérotonine), et que les taux de mélatonine sécrétés suivent lesrythmes biologiques, sous la direction de l'hypothalamus. Les recherches se sont poursuivies jusqu'à démontrer le rôle de la mélatonine sur l'ensemble dusystème nerveux central, et mettre en évidence que laglande pinéale (qui la sécrète) agit comme une horloge biologique.
(en)Biographie sur le site de lafondation Nobel (le bandeau sur la page comprend plusieurs liens relatifs à la remise du prix, dont un document rédigé par la personne lauréate — leNobel Lecture — qui détaille ses apports)