A Purdue és a Harvard Egyetemen tanult, 1950-ben magfizikából doktorált. Ösztöndíjasként 1950–1951 között a koppenhágai elméleti fizikai intézetben (ma Niels Bohr Intézet), majd a CERN kutatócsoportjában dolgozott (1953–1957).
Munkássága
Megalapítása (1957) óta a NORDITA (az északi országok elméleti magfizikai intézete) professzora volt. Az atommagszerkezet kutatásával foglalkozott, 1951-től Aage Bohrral közösen. Az atommagok kollektív mozgásállapotait leíró folyadékcseppmodell (Niels Bohr, John Archibald Wheeler, 1939) és az atommagot alkotó nukleonok egyedi mozgását megadó héjmodell (Maria Goeppert-Mayer, 1948; Johannes Hans Daniel Jensen, 1949) egyesítését James Rainwater(wd), Aage Bohr és Ben Roy Mottelson végezte el (1953). Hárman együtt kaptak fizikai Nobel-díjat az atommagokon belüli részecskemozgás és kollektív mozgás közötti kapcsolat felfedezéséért és az erre alapozott kollektív modell kidolgozásáért (1975), amely értelmezhetővé tette az atommagok kísérletileg megfigyelt, de korábban más magmodellekkel nem leírható jellemzőit, így az atommagok alakjának a gömb alaktól való eltérését.
Művei
Aage Bohrral: Nuclear Structure, 2 kötet, Benjamin 1975, World Scientific 1998
Collective motion in the nucleus, Rev. Mod. Phys., 29. kötet, 1957, 186
A. Bohrral, David Pines-szel: Possible Analogy between the Excitation Spectra of Nuclei and Those of the Superconducting Metallic State, Phys. Rev., 110.kötet, 1958, 936–938. oldal
A. Bohrral: The many facets of nuclear structure, Annual Review of Nuclear Science, 23. kötet,1973, 363. oldal
A. Bohrral: Single particle and collective aspects of nuclear rotation, Physica Scripta 24. kötet, 1981, 71. oldal
Helge Kragh: Benjamin Mottelson (1926–2022). Physicist and Nobel prizewinner who revolutionized understanding of the atomic nucleus. In: Nature. Band 606, 2022, S. 459, doi:10.1038/d41586-022-01615-0. (angolul)