Schopnost Severa Ochoy syntetizovat RNA v laboratoři znamenala, že se vědcům poprvé podařilo spojit molekuly do řetězce mimo živý organismus, což se později ukázalo jako zásadní krok umožňující vědcům vytvořit život ve zkumavce. Za tuto práci obdržel Ochoa v roce 1959 Nobelovu cenu. Kromě své laboratorní práce Ochoa, který získal lékařské vzdělání ve Španělsku, vyučoval biochemii a farmakologii mnoho generací studentů medicíny na Newyorské univerzitě.
Severo Ochoa se narodil 24. září 1905 v Luarce, malém městě na severu Španělska. Jméno dostal po svém otci, právníkovi, a Ochoa byl nejmladším synem v rodině. V tomto horském městečku žil až do svých sedmi let, kdy se jeho rodiče rozhodli přestěhovat do španělské Málagy. Toto přestěhování umožnilo mladému Severovi přístup ke vzdělání na soukromé škole, která ho připravila na vstup na Málaga College, srovnatelnou s americkou střední školou. V té době už Ochoa věděl, že se nakonec vydá na vědeckou dráhu; jedinou otázkou v jeho mysli bylo, na jaký obor se bude specializovat. Protože se Ochoa domníval, že matematika na Málaga College je velmi náročná, rozhodl se, že nebude pokračovat v inženýrské kariéře, v níž by tyto znalosti byly nezbytné. Místo toho se chtěl věnovat biologii. Poté, co Ochoa v roce 1921 získal bakalářský titul na Málaze, strávil rok studiem předmětů nutných pro studium medicíny, v té době fyziky, chemie, biologie a geologie. V roce 1923 se zapsal na lékařskou fakultu madridské univerzity.
V Madridu Ochoa snil o studiu u španělského neurohistologa Santiaga Rámona y Cajala, ale ty se rychle rozplynuly, když zjistil, že tento sedmdesátiletý profesor histologie odešel do důchodu, ačkoli v Madridu stále vedl laboratoř. Ochoa však váhal oslovit Cajala i v laboratoři, protože si myslel, že starší muž bude příliš zaneprázdněn na to, aby se zabýval nedůležitým studentem. Nicméně na konci druhého ročníku lékařské fakulty se Ochoa utvrdil ve své touze věnovat se biologickému výzkumu a skočil po jedné z profesorových nabídek práce v nedaleké laboratoři.
Na samotné lékařské fakultě se nenacházelo žádné výzkumné zařízení, ale Ochoův učitel fyziologie provozoval kousek odtud malou výzkumnou laboratoř pod záštitou Rady pro vědecký výzkum. Ve spolupráci se svým spolužákem Ochoa nejprve zvládl relativně rutinní laboratorní úkol, kterým byla izolace kreatininu – bílé krystalické sloučeniny – z moči. Odtud přešel k náročnějšímu úkolu studovat funkci a metabolismus kreatinu, dusíkaté látky, ve svalech. Léto po čtvrtém ročníku lékařské fakulty strávil v laboratoři v Glasgowě, kde pokračoval v práci na tomto problému. Ochoa získal lékařský titul v roce 1929.
Ve snaze prohloubit své vědecké vzdělání se Ochoa ucházel o postdoktorandské stipendium a pracoval pod vedením Otto Meyerhofa v Kaiser-Wilhelmově institutu na předměstí Berlína. Přestože mu Rada pro vědecký výzkum nabídla stipendium na toto studium, Ochoa její nabídku podpory odmítl, protože si mohl dovolit platit sám. Domníval se, že peníze by měl dostat někdo, kdo je potřebnější než on sám. Ochoa si práci u Meyerhofa užíval a v Německu zůstal rok.
8. července 1931 se oženil s Carmen García Cobian, dcerou španělského právníka a obchodníka, a přestěhoval se s novomanželkou do Anglie, kde měl stipendium madridské univerzity na studium v londýnském Národním ústavu pro lékařský výzkum. V Anglii se Ochoa seznámil se sirem Henrym Hallettem Dalem, který později získal v roce 1936 Nobelovu cenu za medicínu za objev chemického přenosu nervových vzruchů. Během prvního roku v ústavu Ochoa studoval enzym glyoxalázu a následující rok začal pracovat přímo pod vedením Dalea a zkoumal, jak nadledvinky ovlivňují chemii svalové kontrakce. V roce 1933 se vrátil na svou alma mater, Madridskou univerzitu, kde byl jmenován lektorem fyziologie a biochemie.
Za dva roky Ochoa přijal nové místo. Jeden z vedoucích lékařské fakulty plánoval založit Ústav pro lékařský výzkum se sekcemi biochemie, fyziologie, mikrobiologie a experimentální medicíny. Ústav měl být částečně podporován Madridskou univerzitou, která mu nabídla prostory v jedné z nových budov své lékařské fakulty, a částečně podporován bohatými mecenáši, kteří plánovali poskytnout značný rozpočet na vybavení, platy a materiál. Ředitel nového ústavu nabídl mladému Ochoovi vedení fyziologické sekce, což Ochoa přijal, a poskytl mu tříčlenný personál. Několik měsíců po Ochoově nástupu do práce však ve Španělsku vypukla občanská válka. Aby mohl pokračovat ve své práci, rozhodl se Ochoa v září 1936 opustit zemi. Koncem roku 1936 emigroval se svou ženou do Německa, samo o sobě sotva stabilní země.
Když Ochoa přijel, zjistil, že jeho mentor Meyerhof, který byl Žid, je pod značným politickým i osobním tlakem. Německý vědec nedovolil, aby to narušilo jeho práci, i když Ochoa ke svému překvapení zjistil, že typ výzkumu, který Meyerhof prováděl, se za šest let, co ho viděl naposledy, dramaticky změnil. Jak napsal o laboratoři v retrospektivním článku pro Annual Review of Biochemistry: „Když jsem ji v roce 1930 opouštěl, byla to v podstatě fyziologická laboratoř; všude bylo vidět škubání svalů. V roce 1936 to byla biochemická laboratoř. Hlavním předmětem studia byla glykolýza a fermentace ve svalových nebo kvasinkových extraktech nebo dílčí reakce těchto procesů katalyzované purifikovanými enzymy.“ Meyerhofova změna důrazu na výzkum ovlivnila Ochoovu vlastní práci, i když v laboratoři studoval necelý rok, než Meyerhof uprchl do Francie.
Než však Meyerhof odjel, postaral se, aby jeho chráněnec nezůstal na holičkách, a zařídil Ochoovi půlroční stáž v Mořské biologické laboratoři v anglickém Plymouthu. Přestože toto stipendium trvalo jen půl roku, Ochoa si tam užíval, a to i proto, že s ním v laboratoři začala pracovat jeho žena Carmen. Jejich spolupráce později vyústila v publikaci společného článku v časopise Nature. Po šesti měsících se však Ochoa musel přestěhovat a přátelé z laboratoře mu našli místo výzkumného asistenta na Oxfordské univerzitě. O dva roky později, když Anglie vstoupila do války, přesunulo oxfordské oddělení biochemie veškeré své úsilí na válečný výzkum, kterého se Ochoa jako cizinec nemohl účastnit. V roce 1940 se tedy Ochoaovi opět sebrali a tentokrát se vydali přes Atlantik, aby pracovali v laboratoři Carla Ferdinanda Coriho a Gerty T. Coriové v Saint Louis. Coriho laboratoř, která byla součástí lékařské fakulty Washingtonovy univerzity, proslula špičkovým výzkumem enzymů a prací s intermediárním metabolismem sacharidů. Tato práce zahrnovala studium biochemických reakcí, při nichž sacharidy produkují energii pro buněčné operace. Ochoa zde pracoval rok, než ho Newyorská univerzita přesvědčila, aby se přestěhoval na východ a přijal místo výzkumného pracovníka v oblasti medicíny v psychiatrické nemocnici Bellevue, kde pod ním poprvé pracovali postgraduální a postdoktorandští studenti.
V roce 1945 byl Ochoa povýšen na docenta biochemie na lékařské fakultě. Když o dva roky později odešel do důchodu vedoucí katedry farmakologie, Ochoa dostal nabídku stát se jeho nástupcem a zlákán příslibem nových laboratorních prostor ji přijal. Předsedou zůstal devět let a v roce 1949 si vzal dovolenou, aby mohl působit jako hostující profesor na Kalifornské univerzitě. Administrativní práce ho však neodradila od jeho výzkumných zájmů v oblasti biochemie. Na počátku padesátých let izoloval jednu z chemických sloučenin nezbytných pro průběh fotosyntézy, trifosfopyridinový nukleotid, známý jako TPN. Ochoa se dále zajímal o intermediární metabolismus a rozšířil práci Hanse Adolfa Krebse, který vyslovil myšlenku cyklu, v němž se potrava metabolizuje na adenosintrifosfát neboli ATP, molekulu, která dodává buňce energii. Španělský vědec zjistil, že při spalování jedné molekuly glukózy s kyslíkem vzniká 36 molekul ATP. Když v roce 1954 rezignoval vedoucí katedry biochemie, Ochoa tuto příležitost přijal a vrátil se na katedru na plný úvazek jako vedoucí a řádný profesor.
Když Ochoa více zakotvil v biochemickém výzkumu, obrátil svou pozornost na novou oblast: rychle se rozvíjející oblast výzkumu deoxyribonukleové kyseliny (DNA). Na počátku jeho kariéry byly žhavou novinkou pro studium biochemiků enzymy; nyní, po kritické práci Jamese Watsona a Francise Cricka v roce 1953, fascinovaly vědce v oboru nukleové kyseliny. Ochoa nebyl výjimkou. Na základě své dřívější práce s enzymy začal Ochoa zkoumat, které enzymy hrají roli při tvorbě nukleových kyselin v těle. Ačkoli většina enzymů pomáhá při rozkladu materiálů, Ochoa věděl, že hledá enzym, který pomáhá spojovat nukleotidy do dlouhých řetězců, které tvoří nukleové kyseliny. Doufal, že jakmile tyto molekuly izoluje, bude moci v laboratoři syntetizovat RNA a DNA. V roce 1955 našel v odpadních vodách bakteriální enzym, který podle všeho hrál právě takovou roli. Když tento enzym přidal do roztoku nukleotidů, zjistil, že roztok se stal viskózním, jako želé, což svědčilo o tom, že se v misce skutečně vytvořila RNA. Následující rok použil Arthur Kornberg, který v roce 1946 studoval spolu s Ochoou, tyto metody k syntéze DNA.
V roce 1959, pět let po svém nástupu do funkce ředitele biochemického oddělení, se Ochoa podělil s Kornbergem o Nobelovu cenu za fyziologii nebo medicínu za jejich práci při objevu enzymů, které pomáhají vytvářet nukleové kyseliny. Ochoa byl obzvláště potěšen, že se o cenu dělí se svým starým kolegou, ale v té době už mu akademická ocenění nebyla cizí. Ochoa, držitel několika čestných titulů z amerických i zahraničních univerzit, včetně Oxfordu, byl také nositelem medaile Carla Neuberga za biochemii v roce 1951 a ceny Charlese Leopolda Mayera v roce 1955. Ochoa působil jako vedoucí katedry biochemie Newyorské univerzity 20 let, až do léta 1974, těsně před svými sedmdesátými narozeninami. Když z této funkce odcházel do důchodu, odmítl nabídku katedry, aby se stal emeritním profesorem, a raději zůstal na katedře jako řádný profesor. Ani to však Ochoa nedokázalo dostatečně zaměstnat. V roce 1974 nastoupil do Roche Institute of Molecular Biology v New Jersey.
V roce 1985 se vrátil do rodného Španělska jako profesor biologie na Autonomní univerzitě v Madridu, aby pokračoval ve své celoživotní fascinaci biochemickým výzkumem. Ve věku 75 let napsal Ochoa retrospektivu svého života, kterou nazval „Honba za koníčkem“. V úvodu tohoto díla vysvětlil volbu svého názvu: na večírku pořádaném ve čtyřicátých letech na počest dvou chemiků, nositelů Nobelovy ceny, Ochoa uvedl v knize hostů jako svého koníčka biochemii, ačkoli byl profesorem farmakologie na Newyorské univerzitě. Sir Henry Dale, jeden z poctěných hostů, zažertoval: „Teď, když je farmakologem, má biochemii jako koníčka“. Ochoa toto vyprávění uzavřel výrokem: „V mém životě byla biochemie mým jediným a skutečným koníčkem.“
Severo Ochoa zemřel v Madridu 1. listopadu 1993.
.