Físico e matemático holandês nascido em Amsterdã, Prêmio Nobel de Física (1953) pela demonstração do método de contraste de fase, especialmente pela invenção do microscópio de contraste de fase. Professor na Universidade de Gröningen (1913-1958), trabalhou em ótica, particularmente a fase-contraste da microscopia e inventou o microscópio de contraste de fase. Ao desenvolver experiências com redes de difração, descobriu que podia observar a posição de fase de cada raio, e pensou em usar o efeito em microscopia. Em conjunto com a Empresa Zeiss ele desenvolveu o primeiro microscópio de contraste de fase, protótipo da versão comercial (1936).
Desde então foi permitida a observação de células vivas sem a necessidade do distorcivo emprego de coloração química. Outro grande trabalho do cientista flamengo foi o desenvolvimento de um sistema de equações matemáticas que definem superfícies geométricas para descrever aberrações ópticas, os chamados Polinômios de Zernike, em que cada polinômio representa uma determinada forma geométrica. Esses polinômios, bastante complexos, hoje em dia já bem estabelecidos na óptica técnica e fisiológica, são um modo eficiente de representar as alterações de forma, ou aberrações de frentes de ondas no olho humano também.
Essas aberrações ópticas tornam-se mais complexas com o aumento de ordem do polinômio e são dependentes do diâmetro da pupila. Vale observar que embora haja uma forte correlação entre as aberrações ópticas e tamanho da pupila, as medidas de aberrações têm sentido somente nas pupilas maiores que 5 mm, pois nas pupilas pequenas os raios centrais são pouco afetados.
Também deu importantes contribuições para a evolução da fotografia, do galvanômetro e da teoria estatística. Casou duas vezes, a primeira com Dora van Bommel van Vloten, de quem ficou viúvo (1944) e teve um filho. Dez anos depois (1954) casou-se com Koperberg-Baanders. Após se aposentar da Universidade de Gröningen, mudou-se para Naarden, cidade próxima de Amsterdã, e lá morreu (1966).