Jako pierwszy zidentyfikował i wyizolował czynnik martwicy nowotworów TNF-α z organizmu myszy. Jest także odkrywcą receptora Toll-like receptor 4, za pośrednictwem którego endotoksyna odpowiedzialna za wstrząs septyczny aktywuje komórki odporności ssaków.
W 2011 roku, wraz z Julesem Hoffmannem i Ralphem Steinmanem, otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny za „odkrycia dotyczące aktywacji odporności wrodzonej”.