1993 年，他因开发了聚合酶链式反应法（PCR）获诺贝尔化学奖。这一发现不仅用于基础研究，还可以用于各种临床诊断，甚至用于犯罪侦察。如今 PCR 已成为生物化学和分子生物学的一项核心技术，《纽约时报》如此评价：" 具有高度原创性和重大意义，几乎将生物学分为 PCR 前和 PCR 后两个时代。"
1944 年 12 月，穆利斯出生于美国北卡罗来纳州勒诺瓦。
20世纪50年代，穆利斯即对化学萌生了浓厚的兴趣，当他还是一名高中生时就学会了如何用化学方法合成和制造用于火箭推进的固体燃料。因此，他在大学时期理所当然选择了化学专业。
1966年，穆利斯毕业于佐治亚理工学院化学系。
1972年，穆利斯在加州大学伯克利分校取得生物化学博士学位，其研究工作集中于如何合成蛋白质、研究蛋白质的结构。在经历两年博士后工作后，穆利斯随后前往生物技术公司Cetus任职。穆利斯在Cetus做了7年的DNA化学家。
1983年，穆利斯发明了PCR技术。
众所周知，DNA 作为一种最重要的生命基础分子，包含大量的信息，是建构细胞内其他化合物的最终源头，是生物独一无二的身份密码，人们可以用这个特性进行身份鉴定、考古探测、刑事侦查等等工作。可如果 DNA 片段太少，人们就无法获得太多信息，需要对 DNA 进行 " 扩增 "。
“如果你的研究能力一般，那么，改革本研究领域中大家习以为常的最基本的技术，你就有可能获诺贝尔奖。”
穆利斯博士的名字在1987年发行的实验手册中有记载。穆利斯在美国生物开发公司工作期间，开发出了简易DNA（脱氧核糖核酸）扩增法（我国称聚合酶链式反应法，是一种使DNA核苷酸链增长，可以获得更多的DNA片断的方法）。现在，他已经创办了自己的公司，并且出任会长。
大约30年前，霍拉纳博士合成了寡聚核苷酸，同时，他利用合成的寡聚核苷酸、DNA合成酶以及DNA，开发出了使DNA扩增的方法。包括我们在内，这一领域的研究人员通常都使用霍拉纳的DNA扩增技术。可以说，这是一个司空见惯的基本技术，谁也没有去想过这种方法的不便之处。
因此，30年来没有人去改革这个方法，人人都满足于这个方法。就连穆利斯本人在大学做基础研究时，也没有想到要去开发一种更简便的方法，以取代霍拉纳的方法。直到他在生物开发公司工作之后，出于业务上的需要，才产生了怎样才能使极微量DNA迅速大幅度扩增的想法。
一般说，用霍拉纳的方法可以使DNA扩增1倍，若扩增后仍无法满足需要，便需对扩增后的DNA进行热处理，拆开DNA的双螺旋链。由于热处理后酶会失去活性，此时还要添加新的酶然后发生反应，这样可使DNA再扩增1倍。如果扩增前的DNA的量非常少，那么，用霍拉纳的方法扩增就会感到非常不方便。穆利斯大概多次面对极微量的DNA的扩增问题，感受到了实验中的不便并由此产生了一种想法，那就是：为什么不使用一种热处理后不会丧失活性的酶呢？
使DNA合成酶变成耐热性合成酶，穆利斯想到了，也做到了。他提出了同时使用两个寡聚核苷酸引物的改良型扩增方法。在以后的实验中，他的改良型的简易DNA扩增法①发挥了威力。如今，在不用重新添加酶的情况下，只要热处理反应和扩增反应各进行一次，就可以使DNA再扩增一倍。哪怕最初的DNA微小到只有痕迹的程度，经几次热处理和扩增反应后，也完全可以扩增到测定DNA碱基排列所需的足够的量。
" 聚合酶链式反应 " 需要 4 种成分：被复制的双链 DNA 片段，称为模板 DNA；两个寡核苷酸引物：单链 DNA 的短片段，每一个都与模板 DNA 链上的短序列互补；核苷酸，构成 DNA 的化学物质基础；一种（耐热的）DNA 聚合酶，它通过以正确的顺序加入游离核苷酸来复制模板 DNA（而且不会因为加热而失活，这样就不必反复添加）。这些成分被加热，导致模板 DNA 分裂成两股。然后将混合物冷却，使引物附着在模板链上的互补位点上。接着，聚合酶可以通过添加核苷酸开始复制模板链，产生两个双链 DNA 分子。重复这个周期，就能 1 变 2，2 变 4，4 变 8 ……指数倍地增加 DNA 的数量——如果每个周期只有两分钟，一小时内周期就能重复三十次，而这就能产生超过 10 亿个原始 DNA 序列的副本。
聚合酶链锁反应的第一个循环：两个引物分别与待复制 DNA 的两个链上的特定序列结合，然后 DNA 聚合酶开始分别地复制。
穆利斯发明的 PCR 技术有着极其广泛的应用。在医学诊断中，该技术使直接从很小的遗传物质样本中识别细菌或病毒感染的病原体成为可能；它还被用于筛查镰状细胞性贫血和亨廷顿舞蹈症等遗传病患者；进化生物学家可利用该技术研究从远古物种化石残骸中提取出微量 DNA，法医学家则利用 PCR 技术从犯罪现场遗留的血迹、精液或发丝中识别犯罪嫌疑人或受害者。
如今这项技术变得更加平价，更加自动化。这彻底改变了生物化学、分子生物学、遗传学、医学和法医学等各个领域，并最终使人类基因组图谱得以绘制出来。
在获得诺贝尔奖之后，穆利斯曾对《纽约时报》说，" 我或多或少地受到了自己的欲望的支配，而不是别人的想法。我不认为现在我需要做一些更大更好的事情。"
穆利斯精明，尖锐，总是惊人地坦诚，经常发表一些令人大跌眼镜的言论。他于 1998 年出版了一本幽默的自传《心灵裸舞》（Dancing Naked in the Mind Field），在这本自传中，他质疑HIV病毒导致艾滋病，认为并无足够的科学根据，还公开表示他对占星术的支持。穆利斯的这些言论也引发了诸多争议。
穆利斯的去世是科学界的一个损失，但他洒脱随性，兴致盎然地度过了丰富有趣的人生。这不能不说是一种完满。就像他在自传中写的那样：
" 人类应该做的就是为生命的存在感到幸运……坐下来喝杯啤酒，放松。这就是为什么在真正学会享受生活之前，人们不得不一次又一次地回到起点的原因。
" 天没有塌。"
