Obtivo un Doutoramento en Química na Universidade de Santiago de Compostela (1992), polo seu traballo no uso de microemulsiones como medio de reacción para a produción de pequenas partículas magnéticas. A continuación trasladouse ao Laboratorio Van’t Hoff da Universidade de Utrecht como investigador postdoctoral, onde iniciou un proxecto relacionado coa síntese e caracterización óptica de nanopartículas de metais nobres. O estudo de nanopartículas metálicas plasmónicas foi o tema central da súa investigación cando, en 1995, comezou a súa carreira independente no Departamento de Química Física da Universidade de Vigo (Catedrático de 2006 a 2012). Foi Profesor Visitante en varias universidades de todo o mundo e na actualidade é o Director Científico do Centro de Investigación Cooperativa en Biomateriales, CIC biomaGUNE, en San Sebastián.
As súas liñas de investigación enmárcanse na aplicación da química coloidal ao campo da nanoplasmónica. Considéraselle pioneiro na síntese coloidal de nanopartículas metálicas, realizando contribucións relevantes no control da morfoloxía de @dicha nanopartículas, así como no axuste fino da súa química superficial e a ensamblaxe dirixida. A investigación actual no seu grupo, ten a ambición de alcanzar a caracterización morfológica e óptica ao máis alto nivel, aplicar métodos teóricos para comprender o crecemento de nanocristales e as súas propiedades ópticas, e finalmente deseñar aplicacións relacionadas coa detección ultrasensible e o diagnóstico temperán de enfermidades, para o que obtivo unha ERC Advanced Grant en 2011.
È co-autor de máis de 400 publicacións e co-inventor de 8 patentes. A raíz do alto impacto do seu traballo, foi incluído por Thomson Reuters na lista de Highly Cited Researchers, nos campos de Ciencia de Materiais e Química. Foi editor de dúas revistas (Langmuir e ACS Omega) publicadas pola American Chemical Society, e forma parte dos comités editoriais de numerosas revistas (entre as cales se inclúe Science). Tamén é membro de comités asesores de institucións, como o Instituto de Ciencia de Materiais de Barcelona (ICMAB-CSIC), o Particle Fluids Processing Center da Universidade de Melbourne, e do Comité Científico e Técnico da Axencia Estatal de Investigación.
Así mesmo, impartiu máis de 350 conferencias convidadas en congresos e institucións de investigación de todo o mundo, é Fellow of the Royal Society of Chemistry (Reino Unido) e Fellow of the Optical Society of America, e Membro Correspondente da Real Academia de Ciencias e a European Academy of Sciences. Durante a súa carreira, recibiu diversos premios científicos, entre os que se inclúen: Humboldt Research Award; XX Premio Dupont da Ciencia; Rhodia Prize da European Colloid and Interface Society; a Medalla da Real Sociedade Española de Química; Advanced Materials Laureate 2017; e a Medalla Blaise Pascal da European Academy of Sciences. Tamén foi seleccionado para o ACS Nano Lectureship Award na súa primeira edición, foi Langmuir Lecturer e obtivo dúas cátedras honoríficas en universidades belgas (Francqui Chair and Smets Chair).
En 2018 foille concedido o Premio Nacional de Investigación, en concreto, a distinción Enrique Moles de Ciencia e Tecnoloxía Química.