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1964년 페오도어 리넨과 함께 콜레스테롤 및 지방산의 생합성에 관한 발견으로 노벨 생리학·의학상을 받았다.

1934년 뮌헨공과대학에서 화공학학위를 받은 뒤 스위스로 갔다. 그후 미국으로 가서 1938년 컬럼비아대학교에서 박사학위를 받고, 루돌프 쉰하이머의 전임연구원으로 일하며 동위원소 분석법을 이용하여 세포의 물질대사를 연구했다.

1946~54년에 시카고대학교에서 강의를 한 뒤, 하버드대학교 생화학교수가 되어 지질, 특히 불포화지방산 성분에 대한 연구를 계속했다. 1942년 데이비드 리튼버그와 함께 동물세포에서 발견되는 왁스성 알코올인 콜레스테롤의 생합성은 30개 이상의 단계로 이루어져 있으며, 2개의 탄소로 이루어진 화합물인 아세트산이 중요한 기초 성분이라는 것을 밝혔다. 이 생합성 과정에서 아세트산 분자가 결합하는 방식을 결정하기 위해 블로흐는 페오도어 리넨과 뮌헨에 있는 그의 동료들, 그리고 영국의 J.W. 콘포스, G. 팝잭과 함께 연구했다.

그들의 이러한 발견은 혈중 콜레스테롤 수치와 동맥경화증의 관계에 관한 의학적·생리학적 연구, 그리고 테르펜류, 고무, 그밖의 다른 이소프렌 유도체 등의 화학적 성질에 관한 연구를 촉진시켰다.