Laureato in Fisica all’Università di Bologna, ha poi svolto il dottorato all’Università di Padova. Ha lavorato nelle Università di Roma e di Pittsburgh, e per il Centro di Fisica teorica dell’Università del Mediterraneo di Marsiglia. Ha introdotto la Teoria della gravitazione quantistica a loop, attualmente considerata la più accreditata in ambito fisico.
Si è dedicato anche alla storia e alla filosofia della scienza con il libro Che cos'è la scienza. La rivoluzione di Anassimandro (Mondadori Università, 2011).
Tra gli altri suoi libri, Che cos'è il tempo? Che cos'è lo spazio? (Di Renzo Editore, 2010), La realtà non è come ci appare. La struttura elementare delle cose (Raffaello Cortina Editore, 2014), Sette brevi lezioni di Fisica (Adelphi, 2014), Helgoland (Adelphi, 2020), Relatività generale (Adelphi, 2021).
Nel 2023 è uscito, sempre per le edizioni Adelphi, Buchi bianchi. Dentro l'orizzonte, entrato immediatamente ai primi posti delle classifiche di vendita. Nello stesso anno esce per Solferino, Lo sapevo, qui, sopra il fiume Hao. Articoli per giornali.