Ocupà la càtedra de fisiologia a Berlín (1858), i des del 1867 fou secretari perpetu de la Deutsche Akademie der Wissenschaften. Juntament amb Hermann von Helmholtz, Carl Ludwig i Ernst von Brücke constituïren un programa de biofísica que intentava de reduir l’estudi de la fisiologia a l’aplicació dels coneixements físics i químics sobre el cos humà. Efectuà importants estudis sobre l’activitat elèctrica als nervis i músculs, i és autor d'Untersuchungen über tierische Elektricität (‘Recerques sobre l’electricitat animal’, 1848), text que inaugurà la moderna electrofisiologia científica. Filosòficament defensà un agnosticisme científic extrem, i les seves conferències assoliren una gran popularitat. Entre les seves obres filosòfiques cal destacar Über die Grenzen des Naturerkennens (‘Dels límits del coneixement de la natura’, 1873).