1970年09月 - 1974年09月，擔(dān)任內(nèi)蒙古生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)二師十八團(tuán)機(jī)運(yùn)連司機(jī)、文書。
1974年09月 - 1978年01月，在北京大學(xué)化學(xué)系催化專業(yè)學(xué)習(xí)。
1978年01月 - 1978年10月，擔(dān)任中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所研究實(shí)習(xí)員。
1978年10月 - 1981年12月，擔(dān)任中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所結(jié)構(gòu)化學(xué)專業(yè)碩士研究生、研究實(shí)習(xí)員。
1981年12月 - 1985年09月，擔(dān)任中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所結(jié)構(gòu)化學(xué)專業(yè)博士研究生、助理研究員。
1985年09月 - 1987年11月，擔(dān)任美國(guó)加州理工學(xué)院訪問學(xué)者與從事博士后工作，在噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室從事真空掃描隧道顯微境（STM）研究。
1987年11月 - 1992年07月，擔(dān)任中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所助理研究員、副研究員、研究員、STM實(shí)驗(yàn)室主任。
1991年10月 - 1992年04月，擔(dān)任日本東北大學(xué)金屬材料研究所客座教授。
1992年07月 - 1996年03月，擔(dān)任中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所副所長(zhǎng)，黨委委員。
1996年03月 - 2004年12月，擔(dān)任中國(guó)科學(xué)院副院長(zhǎng)，黨組成員。
1995年06月 - 2003年12月，兼任第三、四屆歐美同學(xué)會(huì)副會(huì)長(zhǎng)。
1995年07月 - 2000年07月，兼任全國(guó)青聯(lián)副主席。
1996年05月 - 2006年10月，兼任中國(guó)青年科技工作者協(xié)會(huì)會(huì)長(zhǎng)，第25、26屆中國(guó)化學(xué)會(huì)理事長(zhǎng)。
2001年01月，兼任中國(guó)科學(xué)院研究生院院長(zhǎng)。
1997年03月 - 1997年05月，在中央黨校進(jìn)修一班學(xué)習(xí)。
2001年06月 - 2011年，擔(dān)任第六屆中國(guó)科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)副主席。
2002年03月 - 2002年05月，中央黨校進(jìn)修一班學(xué)習(xí)。
2004年12月 - 2011年02月，中國(guó)科學(xué)院常務(wù)副院長(zhǎng)、黨組副書記（正部長(zhǎng)級(jí)），第五屆化學(xué)學(xué)部主任。
2006年05月，當(dāng)選第七屆中國(guó)科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)副主席。
2011年02月 - 2013年01月，中國(guó)科學(xué)院院長(zhǎng)、黨組書記，學(xué)部主席團(tuán)執(zhí)行主席。
2012年，兼任中國(guó)科學(xué)院大學(xué)校長(zhǎng)。
2012年09月 - 2019年，擔(dān)任發(fā)展中國(guó)家科學(xué)院院長(zhǎng)。
2013年01月 - 2020年11月，擔(dān)任中國(guó)科學(xué)院院長(zhǎng)、黨組書記。
2013年01月 - 2020年12月，擔(dān)任中國(guó)科學(xué)院學(xué)部主席團(tuán)執(zhí)行主席。
2014年05月03日，當(dāng)選為英國(guó)皇家學(xué)會(huì)外籍會(huì)員。
2018年03月，擔(dān)任第十三屆全國(guó)人大民族委員會(huì)主任委員。
2021年02月，擔(dān)任中國(guó)合格評(píng)定國(guó)家認(rèn)可委員會(huì)（CNAS）科研實(shí)驗(yàn)室專業(yè)委員會(huì)第一屆會(huì)員會(huì)榮譽(yù)主任。
1997年，當(dāng)選為中國(guó)科學(xué)院院士、第三世界科學(xué)院院士。
2006年，當(dāng)選美國(guó)科學(xué)院外籍院士。
2007年，當(dāng)選英國(guó)皇家化學(xué)會(huì)榮譽(yù)會(huì)士。
2008年，當(dāng)選俄羅斯外籍院士。
2009年，當(dāng)選印度科學(xué)院榮譽(yù)院士。
2011年，當(dāng)選德國(guó)工程院院士。
2012年03月，被推選為丹麥皇家文理科學(xué)院外籍院士。
2016年04月20日，當(dāng)選美國(guó)藝術(shù)與科學(xué)院院士。
2017年11月20日，當(dāng)選白俄羅斯科學(xué)院外籍院士。
1989年，項(xiàng)目《計(jì)算機(jī)控制的掃描隧道顯微鏡》榮獲“中國(guó)科學(xué)院科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)”。
1989年，項(xiàng)目《掃描隧道顯微鏡的研制與生產(chǎn)》榮獲“中國(guó)科學(xué)院科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)”。
1990年，項(xiàng)目《掃描隧道顯微鏡》榮獲“國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)”。
1991年，項(xiàng)目《原子力顯微鏡》榮獲“中國(guó)科學(xué)院科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)”。
1992年，項(xiàng)目《原子力顯微鏡》榮獲“國(guó)家科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)”。
1994年，項(xiàng)目《LB膜結(jié)構(gòu)與性能研究》榮獲“中國(guó)科學(xué)院自然科學(xué)二等獎(jiǎng)”。
1997年，項(xiàng)目《掃描探針顯微學(xué)及其在材料表面精細(xì)結(jié)構(gòu)研究中的應(yīng)用》榮獲“中國(guó)科學(xué)院自然科學(xué)二等獎(jiǎng)”。
1997年，項(xiàng)目《激光檢測(cè)原子力/摩擦力顯微鏡的研制及應(yīng)用》榮獲“國(guó)家教委自然科學(xué)二等獎(jiǎng)”。
1998年，項(xiàng)目《自由基損傷紅細(xì)胞流變性機(jī)理及被損傷紅細(xì)胞對(duì)微循環(huán)影響研究》榮獲“北京市科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)”。
2001年，項(xiàng)目《三鏈DNA結(jié)構(gòu)模型和能力學(xué)的理論生物學(xué)研究》榮獲“云南省科技獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)”。
1、研制成功了計(jì)算機(jī)控制的掃描隧道顯微鏡（STM）
2、研制成功了中國(guó)第一臺(tái)原子力顯微鏡（AFM）
3、第一臺(tái)激光原子力顯微鏡
4、低溫掃描隧道顯微鏡（STM）
5、彈道電子發(fā)射顯微鏡
6、超高真空掃描隧道顯微鏡
7、在原子或分子級(jí)分辨率的水平上，解釋了材料表面結(jié)構(gòu)與樣品制備、形成條件的關(guān)系。
