1985年从中国科学院化学研究所博士毕业后进入美国加州理工学院做博士后和访问学者。1987年回国后在中国科学院化学研究所工作,先后担任助理研究员、副研究员、研究员、STM实验室主任。1992年至1996年担任中国科学院化学研究所副所长、党委委员。1996年至2004年担任中国科学院副院长、党组成员 。1996年至2006年兼任中国青年科技工作者协会会长,第25、26届中国化学会理事长。1997年当选为中国科学院院士、第三世界科学院院士,同年开始历任中共十五大、十六大、十七大、十八大、十九大代表。2001年兼任中国科学院研究生院院长。2004年至2011年担任中国科学院常务副院长、党组副书记(正部长级)。2011年2020年担任中国科学院院长、党组书记、学部主席团执行主席。2012年兼任中国科学院大学校长。2012年当选发展中国家科学院院长 。先后从事过高分子催化剂的结构与物性、有机化合物晶体结构的X-射线衍射、分子力学和导电高聚物的EXAFS等研究。从20世纪80年代中期开始从事纳米科技的重要领域月—月—扫描隧道显微学的研究。研制成功扫描探针显微镜(SPM)系列。在纳米结构、分子纳米技术方面进行了较系统的工作。
高分子催化剂的结构与物性、有机化合物晶体结构的X-射线衍射、分子力学和导电高聚物的EXAFS、扫描隧道显微学研究、纳米结构、分子纳米技术