La seva tasca docent i de recerca estigué vinculada sobretot a les universitats d’Edimburg (1938-45) i de Glasgow (1945-68), el departament de genètica de la qual dirigí. Estudià els sistemes d’anàlisi genètica i els processos de recombinació genètica, i fou el primer a establir (1952) que el gen és constituït per unitats mutacionals separables per recombinació, però indestriables funcionalment, ja que actuen de manera unitària.
Pels seus treballs sobre els àcids biliars i sobretot pels seus nous mètodes de microanàlisi orgànica rebé el premi Nobel de química l’any 1923. La seva obra principal és Die quantitative organische Mikroanalyse (1917).
Fou el primer que atribuí al cos luti de l’ovari una funció glandular (formació de progesterona) i ha estat considerat, per això, un dels fundadors de l’endocrinologia.
Estudià la composició de la sang i proposà de fer transfusions amb sang desfibrinada, que no assoliren l’èxit esperat. Les seves observacions microscòpiques li permeteren de descriure els processos de fecundació i de segmentació de l’òvul en els batracis.
Llicenciat per la Universitat de Barcelona (1942) i doctorat per la de Madrid (1948) en ciències naturals, s’especialitzà en genètica evolutiva i de genètica de poblacions. Fou professor de biologia general i d’antropologia (1943-51) i de genètica (1955-86), matèria de la qual fou catedràtic des del 1963, el primer d’aquesta disciplina en una universitat espanyola.
Fou professor de botànica a les universitats de Jena i Berlín. Descobrí la fertilització de les plantes i estudià els fongs i l’alternança de generacions de les molses i dels tal·lòfits. Publicà Geschichtliche Abhandlungen (1895-96), en quatre volums.
Autor d’un Discurso de los tres soles (1622), del recull d’axiomes fisiognomònics El sol solo y para todos, sol de la filosofía sagaz y anatomía de ingenios (1637), que sembla que influïren en l’obra de J.K. Lavater (1755-78). Allargà fins el 1652 el Llunari o repertori dels temps de Joan Alemany del 1557.
Investigà el plasma sanguini humà i hi trobà sorprenents analogies amb l’aigua de mar, que utilitzà, esterilitzada i diluïda, com a substitutiu d’aquell. L’any 1904 escriví L’Eau de mer, milieu organique.