Nach dem Tod seiner Eltern zusammen mit seinem jüngeren Bruder Leo bei einem Onkel in Berlin aufgewachsen; dort Besuch des Askanischen Gymnasiums; ab 1880 zunächst Studium der Philosophie, dann Wechsel zum Medizinstudium in Berlin, München und Straßburg; in Straßburg Forschungen im Labor von F.L. Goltz und Promotion 1884; 1885 medizinisches Staatsexamen; weitere neurophysiologische Studien bei dem Physiologen Nathan Zuntz an der Landwirtschaftlichen Hochschule in Berlin und ab 1886 bei A. Fick in Würzburg; 1888 Rückkehr zu Goltz nach Straßburg; ab 1891 in den USA tätig, u.a. an der University of Chicago, ab 1902 in Berkeley und ab 1910 am Rockefeller Institute for Medical Research; Beschäftigung u.a. mit dem Einfluss von Außenfaktoren auf Lebewesen und mit der künstlichen Parthenogenese; gilt als einer der Begründer der Physiologie und war Vertreter einer materialistisch-mechanistischen Auffassung vom Leben; Mitbegründer des Journal of General Physiology; 1909 Ehrendoktortitel der Universität Leipzig; Vorbild für die Figur des Max Gottlieb in dem Roman Arrowsmith von Sinclair Lewis