Las proteínas G son un intermediario vital entre la activación de receptores en la membrana plasmática y las acciones en la célula.
Martin Rodbell había demostrado, en los años sesenta, que el guanosín trifosfato (GTP )estaba involucrado en la señalización de células.
Entró luego a un programa combinado de doctorado en medicina y física en la Universidad Case Western Reserve en Cleveland (Ohio), donde estudió con el premio Nobel Earl Sutherland.
Gilman se graduó en la Case Western en 1969, luego realizó sus estudios postdoctorales en los Institutos Nacionales de Salud con el premio Nobel Marshall Nirenberg desde 1969 hasta 1971.
Además del Premio Nobel, ganó el Albert Lasker Award for Basic Medical Research en 1989.