他是浙江镇海人，一九〇三年生在东海之滨一个祖辈打鱼的小镇，少年时先后在汉口、上海的德文学堂读书，一九二一年远赴德国，先后就读弗莱堡、慕尼黑和图宾根三所大学，一九二八年获图宾根大学自然科学博士学位，一九三〇年回国主持创办浙江大学生物系。一九三二年春天，他在杭州城外松木场的水田里采到一种叫南京丰年虫的甲壳动物，有些虫体头形异常，非雌非雄，亦雌亦雄，是前人没有记录过的中间性个体。他把虫带回实验室，在显微镜下反复观察，发现中间性个体在性转变过程中，生殖细胞一边解体，一边又有新细胞形成，而新细胞似乎不是由母细胞分裂而来，倒像是以细胞质里的卵黄颗粒为原料，一步步重新组建出来的。
一九三四年，他在系里的讨论会上报告了这个发现，提出一个大胆的假说：细胞分裂不是细胞繁殖的唯一途径，在具备物质基础和合适条件时，细胞还可以不经分裂，经由自组织重新建成。这直接顶撞了德国病理学家微耳和以来一切细胞来自细胞的金科玉律。论文写出来了，他却压了多年才发表，客观上是抗战迁徙、无处投稿，主观上他也清楚，这等于向整个主流细胞学说叫板。一九四二年、一九四三年，《卵黄粒与细胞之重建》等论文才陆续刊出，发表之后既未招来责难，也几乎没有回响，他一度把这项研究搁置下来。
这里要把话说得客观。他提出的细胞重建，是一个有独立实验依据的学说：一九七〇年他在中国科学院生物物理研究所重建研究组，后来又报告鸡胚卵黄颗粒内存在脱氧核糖核酸、组蛋白和染色质，一九八〇年召开细胞重建学术讨论会，一九八八年和二〇〇三年先后出版两集《细胞重建》论文集。但这一学说在国内外学界始终存在争论，相当一部分学者持保留或不同意见，国际上的回响尤其有限，它至今没有成为被普遍接受的主流共识。就在一九八〇年那次讨论会上，国内同行的看法也分成截然不同的两派。这在科学史上并不稀奇，他本人也讲，一个新理论要被普遍接受，本来就需要长期的探索和检验。
他更是中国生物物理学的奠基人，创办了中国科学技术大学生物物理系并任首任系主任，开拓出放射生物学、宇宙生物学、仿生学等一片交叉学科的新天地。图宾根大学在他获博士五十周年时授他金博士荣誉。二〇〇九年十月二十九日，他在北京家中辞世，享年一百零六岁；去世前一天，他还把研究人员叫到家里讨论课题，留下一句「我们要为国家争气」。他把一辈子活成了自己所定义的那种人。
❝一个真实的科学家，是忠于科学、热爱科学的；他热爱科学，不是为名为利，而是求知识、爱真理，为国家做贡献，为人民谋福利。❞