Обучался в университете Лейдена, работал преподавателем микробиологии в аграрной школе в Вагенингене (теперь Вагенингенский университет) и позднее в политехнической высшей школе в Делфте (теперь Делфтский технический университет), создатель Делфтской школы микробиологов.
Первооткрыватель симбиотических азотфиксаторов (1888 год), свободноживущих аэробных азотфиксаторов рода Azotobacter (1901 год), сульфатредуцирующих бактерий Spirillum desulfuricans и сульфатредукции, разработал метод накопительных культур, изучал почвенную микробиологию и связь микроорганизмов с плодородием почв, один из основателей (наряду с С. Н. Виноградским) экологической микробиологии.
Является основателем вирусологии, в 1898 году обнаружил вирусы путём ультрафильтрации заражённых вирусом табачной мозаики тканей растений и показал, что инфекционный агент меньше бактерий и проходит через поры фильтра, первый использовал термин вирус; считал, что вирус является жидкостью (Д. И. Ивановский обнаружил вирусы в 1892 году, но не опубликовал результатов исследований), теория жидких вирусов была опровергнута Уэнделлом Стенли (англ. Wendell Meredith Stanley).