Severo Ochoan kyky syntetisoida RNA:ta laboratoriossa merkitsi ensimmäistä kertaa, kun tiedemiehet onnistuivat yhdistämään molekyylejä toisiinsa ketjuksi elävän organismin ulkopuolella, ja tämä tieto osoittautui myöhemmin olennaiseksi askeleeksi, jonka avulla tiedemiehet pystyivät luomaan elämää koeputkessa. Tästä työstä Ochoa sai Nobelin palkinnon vuonna 1959. Laboratoriotyönsä lisäksi Espanjassa lääkäriksi kouluttautunut Ochoa opetti biokemiaa ja farmakologiaa monille sukupolville New Yorkin yliopiston lääketieteen opiskelijoille.
Severo Ochoa syntyi 24. syyskuuta 1905 Luarcassa, pienessä kaupungissa Pohjois-Espanjassa. Ochoa sai nimensä isänsä, lakimiehen, mukaan ja oli perheen nuorin poika. Hän asui tässä vuoristokaupungissa seitsemänvuotiaaksi asti, jolloin hänen vanhempansa päättivät muuttaa Málagaan, Espanjaan. Muuton ansiosta nuori Severo pääsi yksityiskouluun, joka valmisti häntä pääsemään Málagan collegeen, joka on verrattavissa amerikkalaiseen lukioon. Ochoa tiesi jo tuolloin, että hän aikoisi aikanaan tehdä uraa luonnontieteiden parissa; ainoa kysymys hänen mielessään oli, mille alalle hän erikoistuisi. Koska Ochoa piti matematiikkaa Málaga Collegessa hyvin rasittavana, hän päätti olla hakeutumatta insinööriuralle, jossa kyseiset taidot olisivat olleet välttämättömiä. Sen sijaan hän suunnitteli opiskelevansa biologiaa. Saatuaan kandidaatin tutkinnon Málagasta vuonna 1921 Ochoa opiskeli vuoden ajan lääketieteellisen tiedekunnan ennakkokursseja, jotka olivat tuolloin fysiikkaa, kemiaa, biologiaa ja geologiaa. Vuonna 1923 hän kirjoittautui Madridin yliopiston lääketieteelliseen tiedekuntaan.
Madridissa Ochoa haaveili opiskelevansa espanjalaisen neurohistorioitsijan Santiago Rámon y Cajalin johdolla, mutta haaveet kariutuivat nopeasti, kun hän huomasi, että 70-vuotias histologian professori oli jäänyt eläkkeelle opetustyöstä, vaikka hänellä olikin yhä laboratorio Madridissa. Ochoa epäröi kuitenkin lähestyä Cajalia edes laboratoriossa, koska hän arveli, että vanhempi mies olisi liian kiireinen vaivaantuakseen merkityksettömästä opiskelijasta. Siitä huolimatta Ochoa oli toisen lääketieteellisen opiskeluvuotensa loppuun mennessä vahvistanut halunsa tehdä biologista tutkimusta ja tarttui erään professorinsa tarjoukseen työpaikasta läheisessä laboratoriossa.
Lääketieteellisessä tiedekunnassa itsessään ei ollut tutkimustiloja, mutta Ochoan fysiologianopettaja ylläpiti pientä tutkimuslaboratoriota Tieteellisten tutkimusten neuvoston alaisuudessa lyhyen matkan päässä. Työskennellessään luokkatoverinsa kanssa Ochoa hallitsi ensimmäisenä suhteellisen rutiininomaisen laboratoriotehtävän eli kreatiniinin – valkoisen, kiteisen yhdisteen – eristämisen virtsasta. Siitä hän siirtyi vaativampaan tehtävään, jossa hän tutki kreatiinin, typpipitoisen aineen, toimintaa ja aineenvaihduntaa lihaksissa. Neljännen lääketieteellisen opiskeluvuotensa jälkeisen kesän hän vietti Glasgow’n laboratoriossa jatkaen työtä tämän ongelman parissa. Ochoa sai lääketieteen tutkinnon vuonna 1929.
Yrittiessään syventää tieteellistä koulutustaan Ochoa haki postdoc-apurahaa työskentelemällä Otto Meyerhofin alaisuudessa Berliinin esikaupungissa sijaitsevassa Kaiser-Wilhelm-instituutissa. Vaikka Tieteellisen tutkimuksen neuvosto oli tarjonnut hänelle apurahaa näitä opintoja varten, Ochoa kieltäytyi heidän tarjoamastaan tuesta, koska hänellä oli varaa maksaa itse. Hän oli sitä mieltä, että rahat olisi annettava jollekin itseään enemmän tarvitsevalle. Ochoa nautti työstään Meyerhofin alaisuudessa ja jäi Saksaan vuodeksi.
8. heinäkuuta 1931 hän meni naimisiin espanjalaisen lakimiehen ja liikemiehen tyttären Carmen García Cobianin kanssa ja muutti tuoreen vaimonsa kanssa Englantiin, jossa hänellä oli Madridin yliopiston myöntämä apuraha, jonka turvin hän saattoi opiskella Lontoon kansallisessa lääketieteellisessä tutkimuslaitoksessa. Englannissa Ochoa tapasi Sir Henry Hallett Dalen, joka myöhemmin voitti lääketieteen Nobelin palkinnon vuonna 1936 hermoimpulssien kemiallisen välityksen löytämisestä. Ensimmäisenä vuonna instituutissa Ochoa tutki glyoksalaasientsyymiä, ja seuraavana vuonna hän alkoi työskennellä suoraan Dalen alaisuudessa tutkimalla, miten lisämunuaiset vaikuttavat lihassupistuksen kemiaan. Vuonna 1933 hän palasi alma materiinsa, Madridin yliopistoon, jossa hänet nimitettiin fysiologian ja biokemian lehtoriksi.
Kahden vuoden kuluttua Ochoa otti vastaan uuden tehtävän. Yksi lääketieteen laitoksen johtajista suunnitteli perustavansa lääketieteellisen tutkimuslaitoksen, jossa olisi biokemian, fysiologian, mikrobiologian ja kokeellisen lääketieteen osastoja. Instituuttia tukisi osittain Madridin yliopisto, joka tarjosi sille tilat yhdestä uudesta lääketieteellisen tiedekunnan rakennuksesta, ja osittain varakkaat mesenaatit, jotka aikoivat antaa huomattavan budjetin laitteisiin, palkkoihin ja tarvikkeisiin. Uuden instituutin johtaja tarjosi nuorelle Ochoalle fysiologian osaston johtajan paikkaa, jonka hän otti vastaan, ja antoi hänelle kolmen hengen henkilökunnan. Muutama kuukausi sen jälkeen, kun Ochoa oli aloittanut työnsä, Espanjassa syttyi kuitenkin sisällissota. Jatkaakseen työtään Ochoa päätti lähteä maasta syyskuussa 1936. Hän muutti vaimonsa kanssa Saksaan, joka itsessään tuskin oli vakaa maa vuoden 1936 lopulla.
Kun Ochoa saapui maahan, hän huomasi, että hänen mentorinsa Meyerhof, joka oli juutalainen, oli huomattavan poliittisen ja henkilökohtaisen paineen alla. Saksalainen tiedemies ei ollut antanut tämän häiritä työtään, vaikka Ochoa huomasikin yllätyksekseen, että Meyerhofin tutkimustyyppi oli muuttunut dramaattisesti kuuden vuoden aikana siitä, kun hän oli nähnyt hänet viimeksi. Kuten hän kirjoitti laboratoriosta Annual Review of Biochemistry -lehden retrospektiivisessä artikkelissa: ”Kun lähdin sieltä vuonna 1930, se oli pohjimmiltaan fysiologian laboratorio; kaikkialla näkyi lihasten nykimistä. Vuonna 1936 se oli biokemian laboratorio. Glykolyysi ja käyminen lihas- tai hiivauutteissa tai puhdistettujen entsyymien katalysoimat näiden prosessien osareaktiot olivat tärkeimmät tutkimuskohteet.” Meyerhofin tutkimuksen painopisteen muutos vaikutti Ochoan omaan työhön, vaikka hän opiskeli laboratoriossa alle vuoden ennen kuin Meyerhof pakeni Ranskaan.
Ennen lähtöään Meyerhof kuitenkin huolehti siitä, että hänen suojattinsa ei jäänyt jumiin, ja järjesti Ochoalle kuuden kuukauden stipendiaattityön meribiologiseen laboratorioon Plymouthissa Englannissa. Vaikka apuraha kesti vain puoli vuotta, Ochoa viihtyi siellä hyvin, eikä vähiten siksi, että hänen vaimonsa Carmen alkoi työskennellä hänen kanssaan laboratoriossa. Heidän yhteistyönsä johti myöhemmin yhteisen artikkelin julkaisemiseen Nature-lehdessä. Puolen vuoden kuluttua Ochoan oli kuitenkin siirryttävä eteenpäin, ja laboratorion ystävät löysivät hänelle tutkimusavustajan paikan Oxfordin yliopistosta. Kaksi vuotta myöhemmin, kun Englanti astui sotaan, Oxfordin biokemian laitos siirsi kaikki voimansa sotatutkimukseen, johon Ochoa, ulkomaalainen, ei voinut osallistua. Niinpä vuonna 1940 Ochoat ottivat jälleen paalupaikan, tällä kertaa Atlantin yli työskennelläkseen Carl Ferdinand Corin ja Gerty T. Corin laboratoriossa St. Louisissa. Cori-laboratorio, joka oli osa Washingtonin yliopiston lääketieteellistä tiedekuntaa, oli tunnettu entsyymien huippututkimuksesta ja hiilihydraattien välittäjäaineenvaihduntaa koskevasta työstään. Tässä työssä tutkittiin biokemiallisia reaktioita, joissa hiilihydraatit tuottavat energiaa solujen toimintaa varten. Ochoa työskenteli siellä vuoden, ennen kuin New Yorkin yliopisto sai hänet suostuteltua muuttamaan itään Bellevuen psykiatrisen sairaalan lääketieteen tutkimusapulaiseksi, jossa hänen alaisuudessaan työskentelisi ensimmäistä kertaa jatko-opiskelijoita ja post doc -opiskelijoita.
Vuonna 1945 Ochoa sai ylennyksen lääketieteellisen tiedekunnan apulaisprofessoriksi biokemian alalle. Kaksi vuotta myöhemmin, kun farmakologian professuuri jäi eläkkeelle, Ochoalle tarjottiin tilaisuutta hänen seuraajakseen, ja uuden laboratoriotilan lupauksen houkuttelemana hän suostui. Hän toimi puheenjohtajana yhdeksän vuotta, ja vuonna 1949 hän jäi sapattivapaalle voidakseen toimia vierailevana professorina Kalifornian yliopistossa. Hallinnollinen työ ei kuitenkaan estänyt häntä jatkamasta biokemian tutkimusta. 1950-luvun alussa hän eristi yhden fotosynteesin edellyttämistä kemiallisista yhdisteistä, trifosfopyridiininukleotidin, joka tunnetaan nimellä TPN. Ochoa jatkoi kiinnostustaan välittäjäaineenvaihduntaa kohtaan laajentaen Hans Adolf Krebsin työtä, joka esitti ajatuksen syklistä, jonka kautta ruoka metaboloituu adenosiinitrifosfaatiksi eli ATP:ksi, molekyyliksi, joka tuottaa energiaa solulle. Espanjalainen tiedemies havaitsi, että yksi glukoosimolekyyli tuotti hapen kanssa poltettaessa 36 ATP-molekyyliä. Kun biokemian laitoksen puheenjohtaja irtisanoutui vuonna 1954, Ochoa tarttui tilaisuuteen ja palasi laitokselle päätoimisena puheenjohtajana ja professorina.
Sitoutuessaan biokemian tutkimukseen Ochoa käänsi huomionsa uuteen alaan: nopeasti kasvavaan deoksiribonukleiinihapon (DNA) tutkimukseen. Aikaisemmin hänen urallaan entsyymit olivat olleet biokemistien kuumia uusia molekyylejä, joita he olivat tutkineet; nyt, James Watsonin ja Francis Crickin vuonna 1953 tekemän kriittisen työn jälkeen, nukleiinihapot kiehtoivat alan tutkijoita. Ochoa ei ollut poikkeus. Ochoa tukeutui aiempaan työhönsä entsyymien parissa ja alkoi tutkia, mitkä entsyymit näyttelivät roolia nukleiinihappojen muodostumisessa elimistössä. Vaikka useimmat entsyymit auttavat materiaalien hajottamisessa, Ochoa tiesi etsivänsä entsyymiä, joka auttoi yhdistämään nukleotideja pitkiksi ketjuiksi, jotka olivat nukleiinihappoja. Kun hän olisi eristänyt nämä molekyylit, hän toivoi voivansa syntetisoida RNA:ta ja DNA:ta laboratoriossa. Vuonna 1955 hän löysi jätevedestä bakteerientsyymin, jolla näytti olevan juuri tällainen tehtävä. Kun hän lisäsi tätä entsyymiä nukleotidiliuokseen, hän huomasi, että liuos muuttui viskoosiksi, hyytelömäiseksi, mikä osoitti, että RNA oli todellakin muodostunut astiaan. Seuraavana vuonna Arthur Kornberg, joka oli opiskellut Ochoan kanssa vuonna 1946, sovelsi näitä menetelmiä DNA:n syntetisointiin.
Viisi vuotta sen jälkeen, kun Ochoa oli ottanut vastaan biokemian laitoksen johtajan tehtävät, hän jakoi vuonna 1959 fysiologian tai lääketieteen Nobel-palkinnon Kornbergin kanssa työstään, jonka he tekivät nukleiinihappoja tuottavien entsyymien löytämiseksi. Ochoa oli erityisen iloinen voidessaan jakaa palkinnon vanhan kollegansa kanssa, mutta akateemiset kunnianosoitukset eivät olleet hänelle enää vieraita. Ochoa oli saanut useita kunniatohtorin arvonimiä sekä amerikkalaisista että ulkomaisista yliopistoista, muun muassa Oxfordista, ja hänelle oli myönnetty myös biokemian Carl Neuberg -mitali vuonna 1951 ja Charles Leopold Mayer -palkinto vuonna 1955. Ochoa toimi NYU:n biokemian laitoksen puheenjohtajana 20 vuoden ajan, kesään 1974 asti, juuri ennen seitsemänkymmenettä syntymäpäiväänsä. Kun hän jäi eläkkeelle tästä virasta, hän hylkäsi osaston tarjouksen tehdä hänestä emeritusprofessori ja halusi mieluummin pysyä henkilökunnassa varsinaisena professorina. Mutta sekään ei riittänyt pitämään Ochoaa riittävän työllistettynä. Vuonna 1974 hän siirtyi Rochen molekyylibiologian instituuttiin New Jerseyssä.
Vuonna 1985 hän palasi synnyinmaahansa Espanjaan biologian professoriksi Madridin autonomian yliopistoon jatkamaan elinikäistä innostustaan biokemialliseen tutkimukseen. 75-vuotiaana Ochoa kirjoitti elämästään retrospektiivin, jonka hän otsikoi ”Pursuit of a Hobby”. Teoksen johdannossa hän selitti otsikon valintaa: eräässä juhlassa, joka pidettiin 40-luvulla kahden Nobel-palkitun kemistin kunniaksi, Ochoa merkitsi vieraskirjaan harrastuksekseen biokemian, vaikka hän oli farmakologian professori New Yorkin yliopistossa. Sir Henry Dale, yksi juhlien kunniavieraista, vitsaili, että ”nyt kun hän on farmakologi, hänellä on harrastuksena biokemia”. Ochoa päätti tarinan toteamukseen: ”Elämässäni biokemia on ollut ainoa ja todellinen harrastukseni.”
Severo Ochoa kuoli Madridissa 1. marraskuuta 1993.