Specjalizował się w badaniu atmosfery, zwłaszcza Wenus i Marsa. Badał możliwość terraformacji Marsa, przyczynę i przebieg wymierania dinozaurów oraz konsekwencje i przebieg zimy nuklearnej.
W 1989 roku otrzymał nagrodę Gerarda P. Kuipera za wybitne osiągnięcia w dziedzinie planetologii.
Zmarł na rzadkiego raka kręgosłupa w wieku zaledwie 55 lat.
Jest uważany za jednego z twórców współczesnej teorii budowy jądra atomowego.
Wraz z Nielsem Bohrem i Jamesem Rainwaterem otrzymał w 1975 roku Nagrodę Nobla z fizyki za odkrycie związku pomiędzy ruchem kolektywnym i ruchem jednocząstkowym w jądrze atomowym i rozwinięcie teorii budowy jąder atomowych oparte na tym związku.
Choć był Amerykaninem z urodzenia, większość kariery naukowej spędził w Danii. Przez wiele lat współpracował z synem Niels Bohr – Aage Bohrem – tworząc jeden z najbardziej owocnych duetów w historii fizyki jądrowej.
Uważany jest za jednego z twórców nowoczesnej embriologii człowieka.
Wynalazł (udoskonalił) mikrotom, przyrząd wykorzystywany do cięcia preparatów biologicznych do preparatów mikroskopowych. Wprowadził do użycia termin śródbłonek, które wcześniej traktowano złącznie z nabłonkiem.
Jego prace nad embriologią, neuronami i klasyfikacją tkanek były fundamentem nowoczesnej anatomii i biologii rozwoju. Był jednym z pierwszych naukowców, którzy wykonywali modele zarodków w powiększeniu, co ułatwiało analizę ich budowy.
Jego badania miały duży wpływ na rozwój anatomii porównawczej oraz medycyny prenatalnej.