Fou el primer de demostrar que el nombre de cromosomes és constant i característic en totes les cèl·lules de cada espècie d’organismes, com també que aquest nombre es redueix a la meitat en les cèl·lules germinals durant la maduració dels gàmetes (meiosi) i es restaura en el zigot, després de la fecundació.
El 1980 compartí el premi Nobel de química amb F. Sanger i W. Gilbert, pels seus treballs sobre l’expressió gènica en la síntesi proteica dels bacteris, i molt especialment per l’impuls que donà a les pràctiques que conduïren a l’enginyeria genètica.
Fill i nebot de matemàtics, s’inicià en la disciplina en la qual sobresortiren els seus antecessors, però aviat es decantà vers les ciències experimentals. Després de fer estudis de medicina a Basilea, Heidelberg i Estrasburg (es doctorà en aquests camp a vint-i-un anys), el 1724 publicà les Exercitationes quaedam mathematicae, que reflectien el seu interès per la matemàtica i en les quals tractava temes de probabilitat i la resolució de l’equació diferencial de Riccati. Fou cridat a l’Acadèmia de Sant Petersburg on romangué del 1725 al 1733.
Fou professor de zoologia a Bordeus (1858) i ministre d’instrucció pública (1881-82). Nomenat governador general d’Annam i Tonquín el 1886, morí de disenteria aquell mateix any. Els seus estudis sobre la respiració i la influència sobre aquesta de les variacions de pressió són fonamentals per a comprendre la fisiologia a grans altituds.
Participà com a metge militar en les lluites per la unitat italiana al costat de Garibaldi. Professor de patologia general a Torí (1872), fou un dels primers a adonar-se de la importancia mèdica de la microscòpia anatomopatològica i publicà el Manuale di microscopia clinica (1879), aviat traduït a l’alemany. Fou mestre, entre altres destacats deixebles, de Camillo Golgi.
Esdevingut professor d’anatomia i de zoologia a la facultat de ciències de París (1812) amb l’ajut de Georges Cuvier, a partir d’aquest moment en combaté les idees. Ocupà al Museu la càtedra de conquiliologia (1831) i, en morir Cuvier, la d’anatomia comparada (1832), que havia ocupat aquest. Admetia la creació, però no els successius cataclismes i creacions de Cuvier (catastrofisme).
Dirigí l’estació experimental de la fundació Carnegie a Cold Spring Harbor (Nova York) del 1936 al 1940. Del 1940 al 1942 treballà a la Universitat de Columbia, i a partir del 1943 dirigí l’estació experimental de genètica del Smith College a Northampton. Descobrí la fotoperiodicitat i l’efecte de la colquicina en l’obtenció experimental de poliploides.
En la seva obra més important, Neues Kräuterbuch (‘Nou herbari’, 1539), que fa que sigui considerat un dels precusors de la botànica moderna, descriví molt acuradament un gran nombre de plantes, donà indicacions de llurs hàbitats i tendí a agrupar-les segons llurs afinitats naturals.