1959年入清华大学原子科学研究所放射化学组硕士班，1962年赴美国加州大学柏克莱分校就读化学系博士班。毕业後在劳伦斯国家研究所与哈佛大学作博士後研究，其後於芝加哥大学任教六年，於1974年中转任加州大学柏克莱校区化学教授。1984年返台协助中央研究院筹办原子与分子科学研究所。 1986年，因首先以分子角度来研究化学反应的动力学，与达德利．赫施巴赫及约翰．波拉尼共获诺贝尔化学奖。
1994年放弃美国国籍，返国担任中央研究院院长至2006年10月19日卸任。返台後亦热心於社会服务，1994年应行政院院长连战邀请，担任行政院教育改革审议委员会召集人。1999年担任集集大地震灾後重建民间谘询团团长。2000年总统大选前公开表态支持陈水扁，被视为绿营获胜的原因之一。