Szakterülete arádiófrekvenciásspektroszkópia volt. 1949 és 1952 közöttJean Brossellel együtt felfedezte és kidolgozta az optikai és a rádiófrekvenciás rezonanciát összekapcsoló kettősrezonancia-módszert. 1950-ben ő alkalmazta először az optikai pumpálás eljárását, ami fontos mérföldkőnek számított amézer és alézer megalkotásában, ezért 1966-banfizikai Nobel-díjat kapott. Az optikai pumpálás lényege, hogy optikai gerjesztéssel atomok csoportját magasabb energiaállapotba juttatják, s ezek sugárzást követően egy közbenső energiaszintet népesítenek be, így az energiaszint-eloszlás végül eltér a normál termikus egyensúlytól. Részt vett a békemozgalmakban.
1973-ban aMagyar Tudományos Akadémia tiszteleti tagjává választották. Magyarul megjelent műve: Az a különös anyag (1980).
