Физик и химик. Родился в Маастрихте. Окончил Высшую техническую школу в Ахене (1905 г.) и Мюнхенский университет (1910 г.). Был профессором университетов в Цюрихе, Утрехте, Гёттингене (с 1914 г.), Лейпциге (с 1927 г.), Берлине (с 1935 г.). В 1935 - 1940 гг.- также директор а физики кайзера Вильгельма. С 1940 г.- профессор Корнеллского университета (США).

Научные работы посвящены квантовой теории твердых тел, теории теплопроводности кристаллов, теории строения молекул и квантовой теории атома. Разработал в 1912 г. приближенный метод решения задачи о теплоемкости тела и установил закон зависимости теплоемкости от абсолютной температуры (закон теплоемкости Дебая), предложил модель твердого тела (модель твердого тела Дебая). В рамках этой модели ввел понятие характеристической температуры (температура Дебая), которая определяет для каждого вещества зону, где становятся существенными квантовые эффекты. Развил теорию теплопроводности диэлектрических кристаллов и дипольную теорию диэлектриков, основанную на представлении о молекулах как жестких диполях. Предсказал (1913 г.) диффузионное рассеяние рентгеновских лучей колебаниями решетки.

В 1916 г. совместно с А. Зоммерфельдом применил условия квантования для объяснения эффекта Зеемана, ввел магнитное квантовое число, совместно с П. Шеррером разработал метод исследования структуры мелкокристаллических материалов с помощью дифракции рентгеновских лучей (метод Дебая - Шеррера). В 1923 г. объяснил эффект Комптона. В 1926 г. независимо от У, Джиока предложил метод получения низких температур с помощью парамагнетиков. В 1932 г. совместно с другими обнаружил дифракцию света на ультразвуке. Развил теорию диссоциации сильных электролитов. Один из первых начал исследование полимеров.

Член многих академий наук и научных обществ, иностранный член АН СССР (с 1924 г.). Нобелевская премия по химии (1936 г.).