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1926年毕业于上海复旦大学生物系；同年任该系生物学助教；1927年到北京协和医学院生理系当研究生；1929年考取清华大学公费赴美留学；1930年在美国芝加哥大学生理系获硕士学位；1933年在英国伦敦大学学院获博士学位；1933～1934年在美国费城约翰逊基金医学物理学研究所进修一年。
回国后1934～1941年在北京协和医学院生理系任讲师、副教授；1943～1944年底在重庆任上海医学院生理系教授；1944年 12月至 1949年间主要担任国立中央研究院医学研究所筹备处研究员兼代主任。1946～1947年在美国纽约洛克菲勒医学研究所任访问研究员。1948 年当选为中央研究院院士。
1950年以后历任中国科学院生理生化研究所研究员兼所长，中国科学院生理研究所研究员兼所长、中国科学院华东分院及上海分院副院长、中国科学院副院长、生物学部主任等职。1955年当选为中国科学院生物学部委员。现任中国科学院上海生理研究所研究员、名誉所长。他留英期间，在A.V.希尔教授实验室研究肌肉、神经的能力学，发现肌肉被拉长引起的放热现象，被称为“冯氏效应”。在协和医学院任教期间，开辟了神经肌肉接头的研究，连续发表了多篇论文，成为这个领域的先驱者。
60年代初与共同工作者一道进行了神经肌肉间营养性关系的研究，发现鸡慢肌纤维去神经后的肥大现象。后来又首次证明，运动神经元决定肌纤维类型的途径，除通过神经冲动的活动外，还有特殊的营养性因素的作用。他在中华人民共和国成立后作了大量的学术领导和科学组织工作，促进了中国生物科学事业的发展。他自1966年起先后被选为英国生理学会、加拿大生理学会、美国神经科学会和美国生理学会的荣誉会员。
1983年被选为国际生理科学联合会的理事会理事；1986年当选为美国国家科学院外籍院士、第三世界科学院院士；1988年当选为印度国家科学院外籍院士。他是第一、二、三届全国人民代表大会代表；第五、六、七届全国政协常委。
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