Severo Ochoas evne til at syntetisere RNA i laboratoriet markerede første gang, at det lykkedes videnskabsfolk at kombinere molekyler i en kæde uden for en levende organisme, en viden, der senere skulle vise sig at være et vigtigt skridt i retning af at gøre det muligt for videnskabsfolk at skabe liv i et reagensglas. Ochoa modtog Nobelprisen i 1959 for dette arbejde. Ud over sit laboratoriearbejde underviste Ochoa, der blev uddannet som læge i Spanien, i biokemi og farmakologi for mange generationer af medicinstuderende fra New York University.
Severo Ochoa blev født den 24. september 1905 i Luarca, en lille by i det nordlige Spanien. Ochoa blev opkaldt efter sin far, en advokat, og var den yngste søn i familien. Han boede i denne bjergby indtil han var syv år gammel, da hans forældre besluttede at flytte til Málaga i Spanien. Flytningen gav den unge Severo adgang til en privatskoleuddannelse, som forberedte ham til at komme ind på Málaga College, der kan sammenlignes med en amerikansk high school. På dette tidspunkt vidste Ochoa allerede, at han på et tidspunkt ville gøre karriere inden for videnskaben; det eneste spørgsmål, han havde i tankerne, var, hvilket område han ville specialisere sig inden for. Da Ochoa fandt matematikken på Málaga College meget krævende, besluttede han sig for ikke at vælge en ingeniørkarriere, hvor sådanne færdigheder ville være afgørende. I stedet planlagde han at gå ind i biologi. Efter at Ochoa havde fået sin B.A. fra Málaga i 1921, brugte han et år på at studere de nødvendige fag til medicinstudiet, på det tidspunkt fysik, kemi, biologi og geologi. I 1923 blev han indskrevet på medicinske fakultet på universitetet i Madrid.
I Madrid havde Ochoa drømme om at studere under den spanske neurohistolog Santiago Rámon y Cajal, men disse drømme blev hurtigt knust, da han opdagede, at den 70-årige professor i histologi havde trukket sig tilbage fra undervisningen, selv om han stadig ledede et laboratorium i Madrid. Ochoa tøvede dog med at henvende sig til Cajal selv på laboratoriet, fordi han troede, at den ældre mand ville have for travlt til at lade sig forstyrre af en ubetydelig studerende. Ikke desto mindre havde Ochoa ved slutningen af sit andet år på medicinstudiet bekræftet sit ønske om at lave biologisk forskning og hoppede på et af sin professors tilbud om et job i et laboratorium i nærheden.
Det medicinske fakultet selv rummede ingen forskningsfaciliteter, men Ochoas fysiologilærer drev et lille forskningslaboratorium under ledelse af Rådet for Videnskabelig Forskning et stykke derfra. I samarbejde med en klassekammerat mestrede Ochoa først den relativt rutineprægede laboratorieopgave med at isolere kreatinin – en hvid, krystallinsk forbindelse – fra urinen. Derefter gik han over til den mere krævende opgave at studere funktionen og metabolismen af kreatin, et nitrogenholdigt stof, i musklerne. Sommeren efter sit fjerde år på medicinstudiet tilbragte han i et laboratorium i Glasgow for at fortsætte arbejdet med dette problem. Ochoa fik sin lægeeksamen i 1929.
I et forsøg på at videreføre sin videnskabelige uddannelse søgte Ochoa om et postdoc-stipendium, hvor han arbejdede under Otto Meyerhof på Kaiser-Wilhelm-instituttet i en forstad til Berlin. Selv om Rådet for Videnskabelig Forskning havde tilbudt ham et stipendium til at forfølge disse studier, afslog Ochoa deres tilbud om støtte, fordi han havde råd til at betale for sig selv. Han mente, at pengene skulle gives til nogen, der var mere trængende end han selv. Ochoa nød sit arbejde under Meyerhof og blev i Tyskland i et år.
Den 8. juli 1931 giftede han sig med Carmen García Cobian, datter af en spansk advokat og forretningsmand, og flyttede med sin nygifte kone til England, hvor han havde fået et stipendium fra universitetet i Madrid for at studere på Londons National Institute for Medical Research. I England mødte Ochoa Sir Henry Hallett Dale, som senere skulle vinde Nobelprisen i medicin i 1936 for sin opdagelse af den kemiske overførsel af nerveimpulser. I løbet af sit første år på instituttet studerede Ochoa enzymet glyoxalase, og det følgende år begyndte han at arbejde direkte under Dale og undersøgte, hvordan binyrerne påvirkede kemien i muskelsammentrækningen. I 1933 vendte han tilbage til sin alma mater, universitetet i Madrid, hvor han blev udnævnt til lektor i fysiologi og biokemi.
I løbet af to år accepterede Ochoa en ny stilling. En af lederne af det medicinske institut planlagde at starte et institut for medicinsk forskning med afdelinger for biokemi, fysiologi, mikrobiologi og eksperimentel medicin. Instituttet ville blive delvist støttet af universitetet i Madrid, som tilbød det plads i en af sine nye bygninger til den medicinske skole, og delvist støttet af velhavende mæcener, som planlagde at stille et betydeligt budget til rådighed for udstyr, lønninger og forsyninger. Direktøren for det nye institut tilbød den unge Ochoa at blive leder af afdelingen for fysiologi, hvilket han accepterede, og gav ham en stab på tre ansatte. Men få måneder efter Ochoa var begyndt at arbejde, udbrød borgerkrigen i Spanien. For at kunne fortsætte sit arbejde besluttede Ochoa at forlade landet i september 1936. Han og hans kone emigrerede til Tyskland, der næppe var et stabilt land i slutningen af 1936.
Da Ochoa ankom, fandt han ud af, at hans mentor Meyerhof, der var jøde, var under betydeligt politisk og personligt pres. Den tyske videnskabsmand havde ikke ladet dette forstyrre hans arbejde, selv om Ochoa til sin overraskelse konstaterede, at den type forskning, Meyerhof foretog, havde ændret sig dramatisk i de seks år, der var gået siden han sidst havde set ham. Som han skrev om laboratoriet i et retrospektivt stykke til Annual Review of Biochemistry “Da jeg forlod det i 1930, var det grundlæggende et fysiologisk laboratorium; man kunne se musklerne ryste overalt. I 1936 var det et biokemisk laboratorium. Glykolyse og gæring i muskel- eller gærekstrakter eller delreaktioner af disse processer, katalyseret af rensede enzymer, var hovedemnerne for undersøgelsen.” Meyerhofs ændring i forskningens vægtning påvirkede Ochoas eget arbejde, selv om han studerede i laboratoriet i mindre end et år, før Meyerhof flygtede til Frankrig.
Hvor Meyerhof rejste, sørgede han imidlertid for, at hans protegé ikke strandede, idet han sørgede for, at Ochoa fik et seks måneders stipendium på Marine Biological Laboratory i Plymouth, England. Selv om dette stipendium kun varede et halvt år, nød Ochoa sin tid der, ikke mindst fordi hans kone Carmen begyndte at arbejde sammen med ham i laboratoriet. Deres samarbejde førte senere til offentliggørelsen af en fælles artikel i Nature. Efter et halvt år måtte Ochoa dog videre, og venner på laboratoriet fandt ham en stilling som forskningsassistent på Oxford University. To år senere, da England gik ind i krigen, flyttede Oxfords biokemiske afdeling alle sine kræfter til krigsforskning, som Ochoa, der var udlænding, ikke kunne deltage i. Så i 1940 tog Ochoas igen fat, denne gang for at krydse Atlanten og arbejde i Carl Ferdinand Cori og Gerty T. Cori’s laboratorium i St. Cori-laboratoriet, der er en del af Washington University School of Medicine, var kendt for sin banebrydende forskning i enzymer og sit arbejde med mellemliggende metabolisme af kulhydrater. Dette arbejde omfattede undersøgelse af de biokemiske reaktioner, hvor kulhydrater producerer energi til celledrift. Ochoa arbejdede der i et år, før New York University overtalte ham til at flytte østpå for at tage et job som forskningsmedarbejder i medicin på Bellevue Psychiatric Hospital, hvor han for første gang ville få kandidatstuderende og postdocs til at arbejde under sig.
I 1945 blev Ochoa forfremmet til assisterende professor i biokemi på det medicinske fakultet. To år senere, da professoren i farmakologi gik på pension, blev Ochoa tilbudt muligheden for at efterfølge ham, og lokket af løftet om nye laboratoriefaciliteter accepterede han det. Han forblev formand i ni år og tog et sabbatår i 1949 for at være gæsteprofessor ved University of California. Hans administrative arbejde afholdt ham dog ikke fra at forfølge sine forskningsinteresser inden for biokemi. I begyndelsen af 1950’erne isolerede han en af de kemiske forbindelser, der er nødvendige for at fotosyntesen kan finde sted, nemlig triphosphopyridinnukleotid, kendt som TPN. Ochoa fortsatte sin interesse for intermediært stofskifte og udbyggede Hans Adolf Krebs’ arbejde, som fremsatte ideen om en cyklus, hvorigennem fødevarerne omdannes til adenosintrifosfat eller ATP, det molekyle, der leverer energi til cellen. Den spanske videnskabsmand opdagede, at et glukosemolekyle, når det blev forbrændt med ilt, producerede 36 ATP-molekyler. Da formanden for biokemiafdelingen fratrådte i 1954, tog Ochoa imod denne mulighed for at vende tilbage til afdelingen på fuld tid som formand og fuld professor.
Når Ochoa var mere forankret i biokemiforskningen, vendte han sin opmærksomhed mod et nyt område: det hurtigt voksende område for forskning i desoxyribonukleinsyre (DNA). Tidligere i hans karriere havde enzymer været de nye hotte molekyler for biokemikere at studere; nu, efter James Watson og Francis Cricks kritiske arbejde i 1953, fascinerede nukleinsyrer forskerne på området. Ochoa var ingen undtagelse. Med udgangspunkt i sit tidligere arbejde med enzymer begyndte Ochoa at undersøge, hvilke enzymer der spillede en rolle i dannelsen af nukleinsyrer i kroppen. Selv om de fleste enzymer hjælper med at nedbryde materialer, vidste Ochoa, at han ledte efter et enzym, der hjalp med at kombinere nukleotider til de lange kæder, som er nukleinsyrer. Når han havde isoleret disse molekyler, håbede han, at han ville være i stand til at syntetisere RNA og DNA i laboratoriet. I 1955 fandt han et bakterieenzym i spildevand, som så ud til at spille netop en sådan rolle. Da han tilsatte dette enzym til en opløsning af nukleotider, opdagede han, at opløsningen blev tyktflydende, som gelé, hvilket indikerede, at RNA faktisk var blevet dannet i skålen. Året efter anvendte Arthur Kornberg, som havde studeret sammen med Ochoa i 1946, disse metoder til at syntetisere DNA.
I 1959, fem år efter at Ochoa overtog ledelsen af biokemiafdelingen, delte han Nobelprisen i fysiologi eller medicin med Kornberg for deres arbejde med at opdage de enzymer, der er med til at producere nukleinsyrer. Ochoa var særligt glad for at dele prisen med sin gamle kollega, men på dette tidspunkt var han ikke fremmed for akademiske roser. Ochoa var indehaver af adskillige æresgrader fra både amerikanske og udenlandske universiteter, herunder Oxford, og han havde også modtaget Carl Neuberg-medaljen i biokemi i 1951 og Charles Leopold Mayer-prisen i 1955. Ochoa var formand for NYU’s biokemiske afdeling i 20 år, indtil sommeren 1974, lige før sin 70-års fødselsdag. Da han gik på pension fra denne post, afviste han afdelingens tilbud om at gøre ham til emeritus-professor og foretrak at blive ansat som professor. Men selv det kunne ikke holde Ochoa tilstrækkeligt beskæftiget. I 1974 blev han ansat på Roche Institute of Molecular Biology i New Jersey.
I 1985 vendte han tilbage til sit hjemland Spanien som professor i biologi ved University Autonoma i Madrid for at fortsætte sin livslange fascination af biokemisk forskning. I en alder af 75 år skrev Ochoa et tilbageblik på sit liv, som han kaldte “Pursuit of a Hobby”. I indledningen til dette værk forklarede han sit valg af titel: ved en fest i fyrrerne til ære for to kemikere, der modtog Nobelprisen, angav Ochoa sin hobby i gæstelisten som biokemi, selv om han var professor i farmakologi ved New York University. Sir Henry Dale, en af festens æresgæster, spøgte: “Nu hvor han er farmakolog, har han biokemi som hobby”. Ochoa afsluttede denne fortælling med at sige: “I mit liv har biokemi været min eneste og virkelige hobby.”
Severo Ochoa døde i Madrid den 1. november 1993.