Presidente del Consiglio Nazionale delle Ricerche.
Laureatosi con lode in Fisica all'Università degli Studi di Pisa, ha conseguito il dottorato presso la Scuola Normale Superiore di Pisa.
È stato visiting scholar all'Università del Colorado a Boulder, al Collège de France e all'Istituto Max Planck di ottica quantistica. Dal 1991 è professore di Fisica presso l'Università di Firenze. Dal 2014 al 2016 è stato presidente dell'Istituto nazionale di ricerca metrologica.
È membro dell'Academia Europæa, dell'Istituto Lombardo e dell'Accademia dei Lincei, Fellow dell'American Physical Society e dell Optical Society of America.
Nel novembre 2016, all'Università degli Studi di Pavia, ha ricevuto dal rettore Fabio Rugge la medaglia teresiana, onorificenza conferita a personalità illustri, tradizionalmente ospitate in occasione dell'inaugurazione dell'anno accademico.
Nel 2005 gli è stato conferito il Grand Prix Scientifique dell'Académie des Sciences e dell'Istituto di Francia - Fondation Simon e Cino del Duca - e nel 2009 ha ricevuto un Advanced Grant del Consiglio Europeo della Ricerca. Nel 2014 gli è stato assegnato il premio Herbert Walther.