[2] Estudió física en la Universidad de Utrecht y en la Leiden, donde se doctoró en 1948.
En 1945, Bloembergen amplió sus estudios en la Universidad de Harvard, entrando a formar parte del equipo de Edward Purcell que seis semanas antes de su llegada había descubierto la resonancia magnética nuclear (RMN).
Durante su estancia en Harvard como estudiante de postgrado recibió clases de los físicos Julian Schwinger y John van Vleck.
[4] El 1981 fue galardonado con el Premio Nobel de Física junto con Arthur Leonard Schawlow y Kai Siegbahn por sus trabajos sobre la espectroscopia.
[5] Bloembergen y Schawlow centraron sus investigaciones sobre la materia indetectable en los láseres.