Hartline získal vysokoškolské vzdělání na Lafayette College v Eastonu v Pensylvánii, promoval v roce 1923. Začal studovat elektrofyziologii sítnice jako člen Národní rady pro výzkum na Johns Hopkins University v Baltimoru, doktorát získal v roce 1927. Po studiu na univerzitách v Lipsku a Mnichově jako cestovatelský výzkumný pracovník Eldridge Johnsona z Pensylvánské univerzity se vrátil do Spojených států, aby přijal místo v nadaci Eldridge Reevese Johnsona pro lékařskou fyziku v Pennu, která byla v té době pod ředitelstvím Detleva W. Bronka. V letech 1940–1941 byl docentem fyziologie na Cornell Medical College v New Yorku, ale vrátil se do Pennu a zůstal tam až do roku 1949. Pak se v roce 1949 stal profesorem biofyziky a předsedou katedry na Johns Hopkins. Jeden z Hartlinových postgraduálních studentů na Johns Hopkins, Paul Greengard, později také získal Nobelovu cenu. Hartline nastoupil do personálu Rockefellerovy univerzity v New Yorku v roce 1953 jako profesor neurofyziologie.
Hartline zkoumal elektrické odezvy sítnic některých členovců, obratlovců a měkkýšů, protože jejich zrakové systémy jsou mnohem jednodušší než u lidí, a proto se snáze studují. Svá studia soustředil na oko kraba podkovovitého (Limulus polyphemus). Pomocí nepatrných elektrod ve svých experimentech získal první záznam elektrických impulzů vysílaných jedním optickým nervovým vláknem, když jsou receptory na něj napojené stimulovány světlem. Zjistil, že fotoreceptorové buňky v oku jsou propojeny takovým způsobem, že když je jedna stimulována, ostatní v okolí jsou stlačeny, čímž se zvyšuje kontrast ve světelných obrazcích a zostřuje vnímání tvarů. Hartline tak vybudoval detailní pochopení fungování jednotlivých fotoreceptorů a nervových vláken v sítnici a ukázal, jak jednoduché retinální mechanismy představují životně důležité kroky v integraci vizuální informace.
V roce 1948 mu byla udělena medaile Howarda Crosbyho Warrena
–
–
–
–
HND: 1024218570 –
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–