Físico estadounidense de origen escocés. Tras doctorarse en la Columbia University de Nueva York (1895), realizó estudios postdoctorales en las universidades de Berlín y Gotinga (1895-1896).
En 1896 se integró al Departamento de Física de la Universidad de Chicago, donde fue nombrado profesor en 1910. Desde 1921, hasta su jubilación en 1945 como profesor emérito, ocupó la dirección del Norman Bridge Laboratory de Física en el California Institute of Technology de Pasadena, de cuyo consejo ejecutivo fue asimismo presidente. Bajo su dirección, la institución se convirtió en uno de los centros de investigación más prestigiosos a escala mundial.
En 1907 inició una serie de trabajos destinados a medir la carga del electrón, estudiando el efecto de los campos eléctrico y gravitatorio sobre una gota de agua (1909) y de aceite (1912), y deduciendo de sus observaciones el primer valor preciso de la constante "e". Obtuvo además la primera determinación fotoeléctrica del cuanto de luz, verificando la ecuación fotoeléctrica de Einstein (1916), y evaluó la constante "h" de Planck.
Recibió por todo ello numerosos reconocimientos, entre los que destaca el premio Nobel de Física en 1923. Realizó además estudios sobre la absorción de los rayos X, el movimiento browniano de los gases, el espectro ultravioleta y, en los últimos años de su vida, investigó la naturaleza de los rayos cósmicos, precisando la variación estacional de su intensidad con la altitud.
Fue autor de varios libros de texto de considerable calidad: La mecánica, la física molecular y el calor (Mechanics, Molecular Physics, and Heat, 1903), Curso de introducción a la física (First Course in Physics, 1906) en colaboración con Henry Gale, y Electricidad, sonido y luz (Electricity, Sound and Light, 1908)
Otras de sus obras son El electrón (The Electron, 1917), La ciencia y la vida (Science and Life, 1923), La ciencia y la nueva civilización (Science and the New Civilization, 1930), El tiempo, la materia y los valores (Time, Matter, and Values, 1932), Electrones (+ y -), protones, fotones, neutrones y rayos cósmicos (Electrons (+ y -), Protons, Photons, Neutrons, and Cosmic Rays, 1935), Nueva física elemental (New Elementary Physics, 1936), La mecánica, la física molecular, el calor y el sonido (Mechanics, Molecular Physics, Heat and Sound, 1937) y Los rayos cósmicos (Cosmic Rays, 1939). En 1950 se publicó su autobiografía
(Lituania, 1889-Johannesburgo, 1968) Escritora sudafricana en lengua inglesa. Cultivó diversos géneros, como la novela (God´s step-children, 1924), el ensayo (Los sudafricanos, 1926), la biografía (Rhodes, 1933) y el relato (destacan los recogidos en The wizard bird, 1962)