Na Uniwersytecie Michigan prowadził m.in. badania nad tzw. strukturą nadsubtelną (wraz ze swoim uczniem Robertem Bacherem) oraz Linusem Paulingiem), pod koniec lat 30. zajmował się także badaniami nad neutronem. Po wybuchu II wojny światowej pracował najpierw na Uniwersytecie Harvarda, a od 1941 w Radiation Laboratory (tzw. Rad Lab), wchodzącym w skład Massachusetts Institute of Technology. W maju 1944 został naukowym szefem tzw. Operacji Alsos i w tym charakterze przyjechał do Europy, aby ustalić stopień zaawansowania niemieckich fizyków w budowie bomby atomowej. Misji tej poświęcił książkę Alsos (wyd. 1947).
Po zakończeniu wojny podjął pracę na Northwestern University, a w 1948 został szefem Katedry Fizyki w nowo utworzonym Brookhaven National Laboratory. Katedrą kierował do 1960, a pracował tam do 1970. Od 1975 do śmierci pracował jeszcze jako visiting professor na University of Nevada.
Równocześnie od 1951 był razem z Simonem Pasternackiem redaktorem naczelnym pism Physical Review i Reviews of Modern Physics. Był także jednym z pomysłodawców pisma i redaktorem naczelnym Physical Review Letters (wydawanego od 1958).