Insieme al collega Martin Kamen, identificò l'isotopo radioattivo del carbonio (noto come radiocarbonio o carbonio-14) il 27 febbraio 1940 presso l'università Lawrence Berkeley National Laboratory di Berkeley. I due scienziati impiegarono questa scoperta in una serie di esperimenti sulla fisiologia vegetale, attraverso i quali dimostrarono che la fissazione dell'anidride carbonica e la sua successiva sintesi in zuccheri potevano verificarsi anche in assenza di luce (fase oscura della fotosintesi).
La sua carriera si interruppe prematuramente a causa di un incidente avvenuto nel laboratorio dove conduceva ricerche sul fosgene. Durante le operazioni di studio rimase infatti intossicato dalle esalazioni del gas tossico.