Окончил биолого-почвенный факультет Московского государственного университета (1957), где работает с 1960. В 1965—1973 заведующий отделом биоэнергетики Межфакультетской лаборатории биоорганической химии, с 1973 заведующий лабораторией биоорганической химии. Директор Института физико-химической биологии им. Белозерского, преобразованного из лаборатории (1991).
Член-корреспондент АН СССР по Отделению биохимии, биофизики и химии физиологически активных соединений с 26 ноября 1974, академик Российской академии наук по Отделению биохимии, биофизики и химии физиологически активных соединений (биохимия) с 15 декабря 1990.
Член Российской Академии естественных наук, член Европейской Академии, президент клуба российских членов Европейской Академии, президент Всероссийского биохимического общества, председатель биоэнергетической организации России, действительный член Академии Творчества; доктор honoris causa Вильнюсского университета (16 мая 2005).
LII Менделеевский чтец — 14 марта 1996 года.
Главный редактор журнала «Биохимия», член редакционного совета журнала «Биофизика», член редакционного совета журнала «Молекулярная биология».
В 2002 году основал Факультет биоинформатики и биоинженерии МГУ, и по сей день является его деканом.
Широкую известность получил своими исследованиями, публикациями и публичными выступлениями, направленными на победу над старением человеческого организма.
Механизмы биологического окисления: трансформации химической энергии в электрическую на мембранах митохондрий, роли мембранного потенциала как фактора, сопрягающего освобождение и аккумуляцию энергии в клетке. С 2005 года возглавляет проект по созданию препарата — геропротектора на основе митохондриально-адресованных антиоксидантов.
Автор работ по окислительному фосфорилированию, биоэнергетике и изучению митохондрий, геронтологии. По данным института научной информации ISI Web of Knowledge является автором более 460 статей в научных журналах. Имеет самый высокий индекс цитирования, среди всех биологов, работающих в России.