Физик-экспериментатор. Родился в Зорау. Окончил Бреславльский университет (1912 г.). В 1913— 1914 гг. работал в Цюрихском политехникуме, в 1914—1921 гг. — во Франкфуртском университете. В 1921—1922 гг. — профессор Ро- стокского, 1923—1933 гг. — Гамбургского университетов. С 1933 г. — профессор Технологического института Кар неги в Питтсбурге, с 1946 г.— в Беркли.

Научные исследования в области кинетической теории, молекулярной физики, магнетизма, атомной и ядерной физики, квантовой теории. Разработал метод молекулярных пучков и в 1920 г. экспериментально измерил скорости теплового движения молекул газа, подтвердив известное распределение Максвелла (опыт Штерна). В 1922 г. вместе с В. Герлахом доказал наличие магнитного момента атома, иначе говоря — пространственное квантование (опыт Штерна — Герлаха). В 1929 г. совместно с И. Эстерманом впервые показал, что дифракция свойственна и атомным пучкам (продемонстрировал также волновые свойства протонов), в 1933 г. вместе с О. Р. Фришем впервые измерил магнитный момент протона в водородной молекуле, с Эстерманом — магнитный момент дейтрона. За вклад в развитие молекулярно-лучевого метода и открытие магнитного момента протона Штерн в 1943 г. удостоен Нобелевской премии.