长期从事地球科学基础理论和实验研究。在地磁极性倒转、地磁场与地球深部过程相关性、克拉通破坏以及全球构造等领域取得了富有创新的成果。

以国家重大需求为导向，推动国家实施了《深部资源探测核心装备研发》重大装备研制专项，开拓了“理论创新、技术研发、勘探突破”三位一体的研究模式，从理论上提出了“克拉通破坏型金矿”新类型，为地学科技创新驱动国家建设作出了贡献。推动“固体地球科学重点实验室联盟”的成立与发展，促进了地球科学领域大科学研究和协同创新能力。

曾获首届法国科学院“法中奖”、第三世界科学院首届地球科学奖、EGU Petrus Peregrinus奖、中国科学院杰出科技成就奖、国家自然科学二等奖（2006和2017年）、何梁何利科学与技术进步奖、中国青年科学家奖、中国科学院自然科学一等奖、中国科学院青年科学家奖。

1978年毕业于山西大学物理系。1984年在中国科学院地球物理研究所获硕士学位。

1989年在中国科学院地质研究所获博士学位，法国奥尔良大学荣誉博士。

曾任中国科学院地质与地球物理研究所所长、曾兼任第三世界科学院地球科学奖励委员会主席。

2003年当选中国科学院院士。

2005年当选第三世界科学院院士。

2011年当选美国地球物理联合会会士。

首届国家杰出青年基金获得者、首届中国科学院 “百人计划”入选者。