Compartió el Premio Nobel de Física en 1996 junto con David Morris Lee y Robert C. Richardson por el descubrimiento de la superfluidez del helio-3.
Este descubrimiento fue realizado en 1971, mientras Osheroff era un estudiante graduado de la Universidad Cornell.
Osheroff fue seleccionado para trabajar en la comisión que investigó el accidente del transbordador espacial Columbia, sirviendo en un papel parecido al que tuvo Feynman en la Space Shuttle Challenger panel.
Actualmente se desempeña en la junta de consultores de Scientist and Engineers of America, una organización centrada en promover la ciencia en el gobierno estadounidense.
Adicionalmente, ha impartido cursos introductorios a la física de electricidad y magnetismo en varias ocasiones.