Estudió química en la Universidad Earlham, de Richmond, ampliando posteriormente sus conocimientos en la Universidad de Illinois, en la que se doctoró en 1929.
Sus investigaciones sobre el virus causante de la enfermedad del mosaico del tabaco le llevaron al descubrimiento y aislamiento de la nucleoproteína que controla su actividad infecciosa.
Durante la Segunda Guerra Mundial realizó también investigaciones sobre una nueva vacuna contra la gripe, que demostró ser muy efectiva.
Sus trabajos sobre los virus le valieron en 1946 el Premio Nobel de Química (la mitad del cual compartió con John Howard Northrop por sus aportaciones a "la representación fiel de las enzimas y las viru-proteínas"), recayendo la mitad restante del Premio de dicho año en el químico James Batcheller Sumner.
Es igualmente titular de numerosos doctorados honoríficos.