1968年毕业于清华大学自动控制系。1981年获清华大学物理系固体物理专业硕士学位，1984年获光学专业理学博士学位。1985～1986年在中国科学院理论物理研究所做博士后。1986年获西德洪堡奖学金到柏林自由大学从事合作研究。此后在中国科学院理论物理研究所工作，历任副研究员（1989）、研究员（1992）、所长（1998～2007）、理论所学术委员会主任、理论所战略发展委员会主任等职。还曾任北京科协第七、第八届常委，中国物理学会第九、第十届常务理事、液晶物理分会主任、IUPAP生物物理委员会委员等职。1993年获海外华人物理学会亚洲华裔物理学杰出成就奖；1994年获首届中国博士后“国氏奖”；1995年获中科院自然科学一等奖；1996年被国家人事部评为国家有突出贡献中青年专家；1999年获周培源奖，同年因“生物膜形状的液晶模型理论研究”获国家自然科学二等奖；2004年获何梁何利科技进步奖，2005年获人事部全国优秀博士后，2010年获全国优秀科技工作者，2015年获选日本应用物理学会国际会士。1997年当选为中国科学院院士。2003年当选为第三世界科学院院士。

主要从事凝聚态物理中生物膜液晶模型理论、液晶物理及应用基础理论等研究。1985年提出D∞h液晶光倍频理论，预告液晶光整流效应，为日本实验室于1990年证实。1987年从曲面变分技术导出了用曲面曲率及其微分表示含自发曲率膜泡的普遍形状方程。1990年首次从理论上预言应存在着半径比为2的平方根与无穷的两种亏格为1的环形膜泡，并于1991年获巴黎高师实验室完全证实。1990年提出生物膜螺旋结构理论。提出了突破Helfrich流体膜框架的手征膜理论。合作发现了膜形状方程的四类解析解。给出了超扭曲液晶盒弱锚泊条件下指向矢的严格解。著有《生物膜泡曲面弹性理论》等专著，以及科普读物《从肥皂泡到液晶生物膜》。