1970年从台湾清华大学物理系毕业后赴美留学，1974年获得约翰？霍普金斯大学生物物理系博士学位。1976年进入加州大学尔湾分校生物物理系任教，先后担任助理教授、副教授、教授。1985年开始在耶鲁大学医学院分子神经生物学系任教授。1988年担任哥伦比亚大学生物学系教授，同年开始参与筹建香港科技大学。1996年在加州大学圣地亚哥分校生物学系担任Stephen W. Kuffler讲座教授。1999年担任中国科学院上海生命科学研究院神经科学研究所所长。2009年当选美国国家科学院院士；2011年当选中国科学院外籍院士；2016年获得格鲁伯神经科学奖。2017年放弃美国国籍，恢复中国国籍，转为中国科学院院士。

在神经轴突生长的导向、神经营养因子和神经元电活动对突触功能的调节等研究方面做出了一系列重要发现，推动了神经生物学的发展。建立了生物物理学和细胞生物学多种新颖实用的实验技术。

1974年，首先对生物膜上膜蛋白的侧向扩散性进行测量，定量计算出生物膜的粘度。为此测量所建立的“光漂白”技术至今仍是测量细胞内蛋白质运动速度的标准方法。

在神经生长和轴突导向研究领域做出了多项重要发现，如发现胞外电场会影响神经生长的方向，神经生长锥在突触形成前就会进行神经递质释放等。

在突触可塑性领域，于1993年首先发现脑源性神经营养因子可以快速地强化突触传递效能等。在突触传递效率的可塑性方面，确定了能引起突触效能长时程增强和长时程减弱所需的突触前、后神经元相关放电的具体时间窗，被广泛称为“依赖于放电时序的可塑性”，推动了神经生理学与计算神经科学的发展。