Fratello dello scrittore Dino Buzzati, è stato una delle personalità scientifiche più rilevanti del Novecento. Già nel 1934, grazie a una borsa di studio, intraprese negli Stati Uniti lo studio della nascente genetica delle popolazioni, dedicandosi allo studio della Drosophila. Dopo la laurea, nel 1937, entrò nella facoltà di Zoologia a Pavia, sotto la direzione dell'entomologo Carlo Jucci. Elaborò con Cavalli Sforza una teoria fisico-biologica della radiogenetica (di cui fu uno dei padri fondatori), la teoria dell'urto, uno dei suoi contributi scientifici più originali, dimostrando la "fisicità" del gene. Dopo la guerra (fu in Africa fino al 1942), divenne, nel 1948 uno dei primi professori di genetica in Italia (Pavia). Mantenne intrecciate le tematiche strettamente genetiche con le questioni evolutive, dedicandosi però anche alla riflessione epistemologica e metodologica di fronte ai nuovi problemi sollevati dalla nuova biologia (oggi detta molecolare). Finita la sua esperienza al LIGB, si trasferì a Parigi, all'Unesco (dove rimase fino al 1974), come direttore scientifico, dedicandosi al problema demografico e alla questione nucleare.