1951년 부산에서 출생, 서울에서 성장했다. 1970학년도 대학입학 예비고사에서 전국 수석을 차지하고, 경기고등학교 수석 졸업에 이어 서울대학교에 전체 수석으로 합격했다. 서울대학교 문리과대학 물리학과를 졸업하고 미국 캘리포니아 대학교 버클리 캠퍼스에서 박사 학위를 받았으며 매사추세츠 공과대학교(MIT)에서 포스트닥 과정을 마치고 벨연구소에서 연구원을 지냈다. 1986년부터 서울대 교수로 재직하여 2009년 석좌교수가 되었고, 정년을 1년 앞두고 포항공과대학교의 석학교수로 자리를 옮겼다.[2]

경기고 재학 시절에 3선 개헌 반대시위를 준비하다 정학을 당했고, 후일 경실련 창립 멤버일 정도로 사회운동에도 관심이 깊었다. 탄소반도체 특허에 대한 기술을 98년 LG반도체(현 하이닉스)에 무상으로 양도한 것도 이 같은 사회의식에서 나온 것이다. 2000년대 이후의 인터뷰에서 보기 드문 균형감각과 소신이 엿보이기도 했는데, 광우병/천안함 괴담에 대해서는 조심스럽게 정부 입장에 동의하지만 동시에 정부도 소통이 부족했다는 입장을 보이기도 했다. # 

나노 소재 기술(1mm의 10억분의 1수준에서 물체를 만드는 초미세술) 분야에서 한국을 세계 최고 수준으로 끌어올린 것으로 평가받는다. 탄소나노튜브를 다발로 묶으면 반도체가 된다는 사실을 1996년 처음으로 밝혀내고 그 응용에 힘쓰고 있다.

또 1979년에 발표한 고체에너지 논문으로 계산재료물리학이라는 새로운 학문 분야를 개척한 공로로 한국 물리학자로는 최초로 2011년 미국과학학술원(NAS) 외국인 종신회원으로 추대됐다.