Sohn schottischer Einwanderer, studierte ab 1867 zunächst Medizin in Edinburgh, begann 1868 mit Tiefseeforschung in der Antarktis. Nahm von 1872 bis 1876 an der "Challenger-Expedition" teil und gab von 1882 bis 1896 deren Berichte heraus. Am Observatorium in Ben Nevis (Schottland) und an der Marine-Station für wissenschaftliche Forschung in Edinburgh tätig, widmete er sich von 1882 bis 1910 der Erforschung der Schottischen Gewässer und des Nordatlantik.

Bedeutend sind seine Arbeiten zur Ozeanographie — besonders zur Erforschung der Foraminiferen und der Radiolarien als Organismen des Meeres —, zur Meteorologie und zur Geologie. Hauptwerke : "The Exploration of the Antarctic Region" (1886), "The Depth of the Ocean" (1912). 1898 geadelt.