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최초의 원자폭탄에 사용된 플루토늄을 분리해낸 업적 및 운석과 지구 성인(成因)에 대한 연구로 유명하다.

브라운은 버클리 캘리포니아대학교와 볼티모어에 있는 존스홉킨스대학교에서 화학을 전공했다(1941년 박사학위 취득). 1943년~46년 테네시 주의 오크리지에 있는 클린턴 공학연구소(지금은 오크리지 국립연구소)에서 연구원으로 근무했는데, 그는 이곳에서 맨해튼 계획의 일환인 플루토늄 생산작업을 총지휘했다. 브라운은 원자폭탄의 개발에 참여했던 알베르트 아인슈타인 및 다른 과학자들과 마찬가지로 나중에는 더이상의 핵무기 개발에 대해 반대했다. 1946~51년 시카고대학교 내에 있는 핵연구소에 근무했으며, 이곳에서 운석 내의 미량원소(微量元素) 분석을 시작했다.

1951~77년에는 패서디나에 있는 캘리포니아공과대학에서 학생들을 가르쳤으며, 1955년에는 국립과학 아카데미 회원으로 선출되었다. 또한 1977~83년 호놀룰루에 있는 자원계(資源系) 연구소에서 근무했으며, 1985년부터 죽기 전까지는 〈원자과학자 회보 Bulletin of the Atomic Scientists〉의 편집위원장을 역임했다. 그는 지질연대학·행성과학에 관한 연구 외에도 인구조절·무기조절 및 인적자원을 위한 활발한 운동가이기도 했다.

저서로는 〈파괴가 우리의 운명인가? Must Destruction Be Our Destiny?〉(1946)·〈인류의 미래에 대한 도전 The Challenge of Man's Future〉(1954)·〈앞으로의 100년 The Next Hundred Years〉(공저, 1957)·〈카시오페이아 전설 The Cassiopeia Affair〉(공저, 1968)·〈다시 본 인류의 미래 The Human Future Revisited〉(1978) 등이 있다.