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1982년 핵산과 단백질이 결합된 입자와 바이러스의 3차원 구조에 관해 연구한 공로로 노벨 화학상을 받았다. 그의 생물학적 발견은 전자현미경의 일종인 결정학상 전자현미경 기술의 발전과 연관되어 있는데, 결정학상 전자현미경은 각도를 달리해 얻은 상을 결합시켜 입자의 3차원 상을 나타낼 수 있다. 그의 방법은 단백질과 바이러스를 연구하는 데 널리 쓰인다.

클루그는 3세 때 부모를 따라 리투아니아에서 남아프리카 공화국으로 이사했다. 요하네스버그에 있는 버트바터스란트대학교에 들어가 과학을 공부하여 이학사학위를 받았다. 케이프타운대학교에서 결정학으로 박사과정을 시작했으나 석사학위만을 받고 케임브리지대학교 트리니티 칼리지의 특별연구원이 되어 1953년 이곳에서 박사학위를 받았다. 그후 런던대학교 버크벡 칼리지의 특별연구원이 되어 담배 모자이크 바이러스와 다른 바이러스의 구조를 연구했다.

1958년 버크벡 칼리지의 바이러스 구조 연구소 소장이 되었으며, 1962년 노벨상을 공동수상한 프랜시스 크릭의 초청으로 그해 케임브리지대학교로 돌아와 의학연구회의 회원이 되었고, 1978년 구조연구 분과의 공동책임자가 되었다.