Licenciado en Biología por la Universidad Complutense de Madrid (1978) y Doctor en Ciencias por la Universidad Autónoma de Madrid (1983), empezó su carrera investigadora en el Departamento de Investigación del Hospital Ramón y Cajal, donde tuvo la oportunidad de trabajar con el Dr. José Rodríguez-Delgado en el desarrollo de la microdiálisis cerebral combinada con registros electrofisiológicos en gatos y monos, esfuerzo pionero que abrió el camino para el posterior refinamiento de esta técnica, ahora rutinariamente usada en muchos laboratorios del mundo para detectar la composición bioquímica del medio extracelular. En 1985 obtuvo una posición de Colaborador Científico en el Instituto Cajal del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC). Poco después, se trasladó a la Facultad de Medicina Albert Einstein de Nueva York (USA) para comenzar el estudio de la comunicación neuronal con un enfoque más molecular. En 1990 volvió al Instituto Cajal, donde estableció su propio laboratorio para el estudio de la estructura y la función de los receptores de glutamato. En 2000 fue promovido a Profesor de Investigación del CSIC y 2004 se trasladó al Instituto de Neurociencias de Alicante (CSIC-UMH), donde ha sido Director entre 2007 y 2016. Actualmente es Director del Centro Internacional de Neurociencia Cajal, perteneciente al CSIC y sito en el campus de la Universidad de Alcalá de Henares y que tiene como objetivo convertirse en un referente mundial del estudio del cerebro.

Liderando su grupo de investigación ha realizado contribuciones científicas muy importantes para el conocimiento de la organización y el funcionamiento de las sinapsis excitadoras, destacando cinco logros principales en el campo de investigación que ha desarrollado en su laboratorio: primeros en describir los receptores de kainato en el sistema nervioso central (KARs), el tercer tipo de receptores ionotrópicos de glutamato; identificación de la molécula GYKI 53655 como una herramienta farmacológica, siendo pionero en describir el papel fundamental de los KARs en la excitabilidad neuronal y la epileptogénesis; demostración de que los KARs poseen un doble mecanismo de señalización, abriendo nuevas perspectivas sobre el funcionamiento de los receptores de glutamato ionotrópicos; demostración de la implicación de estos receptores en trastornos cerebrales, como la depresión y ansiedad; y demostración en modelos murinos de la causa por la que los afectados con Síndrome de Down presentan déficits de memoria espacial.

Autor de más de un centenar de trabajos de investigación publicados en las mejores revistas científicas del mundo y participante en varios libros y monografías. Conferenciante plenario en numerosos congresos científicos tanto en España como en el extranjero, ha participado en seminarios de investigación en universidades y centros de todo el mundo y ha organizado y presidido simposia en congresos como los de la Society for Neuroscience americana y la Federation of European Neuroscience Societies (FENS), entre otras. Ha sido el organizador del Congreso mundial de IBRO (International Brain Research Organization) en Granada (2023).

Además, ha contribuido significativamente a la promoción de la Neurociencia en España y Europa. Así, ha sido Presidente del PanEuropean Regional Committee de IBRO, Presidente de la Sociedad Española de Neurociencia y directivo de la Confederación de Sociedades Científicas de España (COSCE). Secretario General de FENS y miembro del Consejo Europeo del Cerebro (European Brain Council, EBC) hasta 2018, del cual fue elegido su Vicepresidente en 2022. Miembro de la Organización Europea de Biología Molecular (EMBO), de la Alianza Europea para Iniciativas del Cerebro DANA y de la Academia Europea. Más recientemente fue elegido Councilor de la Society for Neuroscience norteamericana, siendo el primer europeo en ocupar este puesto.

Miembro del Consejo Editorial de diversas revistas científicas internacionales (Neuron, Physiological Reviews, etc), y desde 2016 hasta 2023 ha ejercido de Editor Jefe de Neuroscience, la revista insignia de IBRO y segunda más antigua del campo.

Como reconocimiento al importante impacto de actividad investigadora, ha sido distinguido con diversos premios y galardones, como el Premio de la Fundación Ciencias de la Salud (1998), el premio "Cátedra Santiago Grisolía", concedido por la Fundación Museo de las Ciencias Príncipe Felipe, el Premio a la excelencia "Gabriel Alonso de Herrera", otorgado por la Junta de Comunidades de Castilla-La Mancha, el Premio Alberto Sols a la Mejor Actividad Investigadora, la "Máxima distinción a la carrera investigadora", de la Universidad Nacional Mayor de San Marcos (Perú), la distinción al Mérito Científico de la Generalitat Valenciana o la Medalla de Oro del Instituto de Neurociencias.