A fizikus 1975-ben fedezte fel a Stanfordi Lineáris Gyorsító (SLAC) elektron-pozitron ütköztetőgyűrűjében végzett kísérletek során a negatív elektromos töltésű szubatomi részecskét. 

A kutató nem magát a tau-leptont észlelte, hanem anomális jelenségekre figyelt fel. A Nobel-díjat kiérdemlő kutatásait egy 2013-as interjúban felidézve Martin Perl elmondta, hogy az elektron-pozitron ütköztetések során havonta 10-20 "bizarr" eseményt észleltek. S ahogy gyűltek a megfigyelési adatok, minden más lehetséges magyarázatot kizárva sikerült bizonyítani, hogy az anomális jelenségekért az elektron szupernehéz "unokatestvére", a tau-lepton felelős.

Martin Lews Perl lengyel bevándorlók gyermekeként 1927-ben született New Yorkban. A PhD-fokozatot 1955-ben a Columbia Egyetemen szerezte, ahol mentora Isidor Isaac Rabi Nobel-díjas fizikus volt. Tudományos pályafutását a Michigani Egyetemen kezdte, majd 1963-tól a Stanford Egyetemen folytatta kutatásait. 

1995-ben Frederic Reines amerikai fizikussal megosztott Nobel-díjban részesült a "leptonfizika terén végzett úttörő jellegű kísérletekért". Míg Martin Perl a tau-lepton felfedezéséért, kollégája a neutrínó észleléséért részesült a legmagasabb tudományos elismerésben.