Spécialiste de physiologie environnementale et de biodiversité, professeur invité au collège de France en 2013-2014, il a par ailleurs présidé le Museum National d’histoire Naturelle entre 2009 et 2015.Il est l’auteur de plus de 400 publications nationales et internationales et participe à de nombreuses conférences autour de l’océan, de la biodiversité, de l’adaptation au milieu, du rôle de l’eau dans le vivant et des ressources vivantes marines à travers le monde.
Gilles Bœuf a été membre du conseil scientifique de nombreux organismes de recherche, a dirigé six ans l’Observatoire océanologique de Banyuls-sur-Mer et a présidé le Conseil Scientifique de l’Agence Française pour la Biodiversité.
Ce scientifique a pris une part active à l’organisation de la COP21 à Paris en décembre 2015, particulièrement afin d’intégrer les problématiques de l’océan et de la biodiversité dans les négociations internationales sur le climat.
En 2013, il reçoit des mains du prince Albert II de Monaco, la grande médaille Albert Ier de Monaco pour sa carrière scientifique dédiée aux mers et à l’océan.