20世纪60年代，由于氯喹抗疟失效，人类饱受疟疾之害。1964年，应越南请求，中国军方开始抗疟药研究。1967年5月23日，国家科委和解放军总后勤部在北京召开“疟疾防治药物研究工作协作会议”，代号为“523”项目的大规模药物筛选、研究在全国7省市展开。1969年1月21日，卫生部中医研究院受命加入“523”项目，由于屠呦呦在北京大学时修习生药学，毕业后又脱产学习过中医，她被派任中药抗疟组组长。项目展开后，她通过阅读中医典籍、查阅群众献方、请教老中医专家等方式，用3个月时间，收集了2000多个方药，编辑成《疟疾单秘验方集》，送交“523”办公室。之后，和同事对包括青蒿在内的100多种中药水煎煮提物和200余个乙醇提物样品进行实验，但最好的成果，只能做到对疟原虫抑制率在40%左右。此后，她的团队逐渐壮大，历经数百次失败后，屠呦呦目光锁定中药青蒿，她们发现青蒿对小鼠疟疾的抑制率曾达到68%，但效果不稳定。

在青蒿提取物实验药效不稳定的情况下，东晋葛洪《肘后备急方》中对青蒿截疟的记载——“青蒿一握，以水二升渍，绞取汁，尽服之”给了屠呦呦新的灵感，药物的温度是关键。她重新设计提取方案，反复实验后，发现青蒿乙醚提取物去掉其酸性部分，剩下的中性部分抗疟效果最好。1971年10月4日，实验证实，191号青蒿乙醚中性提取物对鼠疟原虫的抑制率达到100%。在随后的实验中，团队将提取物分为中性部分和有毒的酸性部分，1971年12月至1972年1月期间，在感染疟疾的猴子身上进行测试时，中性部分同样显示出抗疟效果。

1972年3月，团队开始大量生产青蒿提取物，为临床研究做准备。随后，团队在个别动物的病理切片中，发现疑似存在副作用，只有确证安全后才能用于临床。由于疟疾有季节性，一旦错过当年的临床观察期，就要再等一年，于是，屠呦呦向领导提交志愿试药报告，并带动同事参与。1972年7月，屠呦呦等3名科研人员成为首批人体试验的志愿者，在一周的测试窗口中没有观察到副作用。试验结束后，另外五名成员自愿参加剂量递增研究，这次安全性评价为团队赢得时间，使团队能够及时开始并完成临床试验。

1972年8月至10月，团队在海南省进行青蒿提取物的第一次临床试验，临床试用于间日疟11例，恶性疟9例，混合感染1例，共21例病人，结果用药后40℃高烧很快降至正常，血疟原虫被大幅度杀灭到转阴，药效明显优于氯喹。与此同时，北京302医院也成功用青蒿提取物治愈了9名疟疾患者。1972年11月，在北京召开的国家523工程会议上报告了海南和北京302医院的首次临床试验结果。首次临床试验的成功以及先前在啮齿类疟疾和猴子研究中观察到的证据引导了全国抗疟研究药物研究走向青蒿。

1972年11月，屠呦呦和她的同事在青蒿中提取到了一种分子式为C15H22O5的无色结晶体，一种熔点为156℃～157℃的活性成份，他们将这种无色的结晶体物质命名为青蒿素。青蒿素为一具有“高效、速效、低毒”优点的新结构类型抗疟药，对各型疟疾特别是抗性疟有特效。这个结果在“523”内部会议上报告，既带动了全国对青蒿提取物的抗疟研究，也开创了中药抗疟药物发现之先河。1973年秋，中药所派人赴海南疟区对青蒿素单体率先进行临床试验，观察到临床有效性。青蒿素的发现，标志着人类抗疟历史步入新纪元。

1973年9月，为确证青蒿素结构中的羰基，屠呦呦在一次实验中合成了双氢青蒿素，经构效关系研究，明确在青蒿素结构中过氧是主要抗疟活性基团，在保留过氧的前提下，羰基还原为羟基可以增效，为国内外开展青蒿素衍生物研究打开局面，实验证明，使用较低的剂量的双氢青蒿素足以达到与青蒿素相同的疗效。

经过多年反复试验和临床试用，1977年3月，经卫生部同意，课题组以“青蒿素结构研究协作组”名义，在《科学通报》上发表论文《一种新型的倍半萜内酯——青蒿素》，首次向全球报告了青蒿素这一重大原创成果。1978年，“523”项目的科研成果鉴定会最终认定青蒿素的研制成功，按中药用药习惯，将中药青蒿抗疟成分定名为青蒿素。1979年，屠呦呦任中国中医科学院中药研究所副研究员。1980年，被聘为硕士生导师。1981年10月，在北京召开了由世界卫生组织等主办的国际青蒿素会议上，屠呦呦以首席发言人的身份作《青蒿素的化学研究》的报告，获得高度评价，认为“青蒿素的发现不仅增加一个抗疟新药，更重要的意义还在于发现这一新化合物的独特化学结构，它将为合成设计新药指出方向”，由此世界逐步熟悉和认可了青蒿素。

1985年，屠呦呦升任中国中医科学院中药研究所研究员。1986年，中药研究所研制的青蒿素获得自我国新药审批办法实施以来第一个一类新药的证书。屠呦呦团队后来又创制出临床抗疟药效高于青蒿素且复燃率低的新药—双氢青蒿素，该药于1992年获国家一类新药证书。 “双氢青蒿素及其片剂”研究被评为1992年全国十大科技成就。屠呦呦也因此被授予“中医研究院终身研究员”。2001年，被聘为博士生导师。2009年，编写的《青蒿及青蒿素类药物》出版。2015年，屠呦呦凭借青蒿素获得2015年诺贝尔生理学或医学奖，这是中国科学家因为在中国本土进行的科学研究而首次获诺贝尔科学奖。

2019年，针对近年来青蒿素在全球部分地区出现的“抗药性”难题，屠呦呦及其团队经过多年攻坚，在“抗疟机理研究”“抗药性成因”“调整治疗手段”等方面取得新突破，提出应对“青蒿素抗药性”难题的切实可行治疗方案，获得世界卫生组织和国内外权威专家的高度认可。

屠呦呦是抗疟新药青蒿素的第一发明人。她领导科研组继承发扬祖国医药学遗产，从系统整理历代医籍、本草入手，收集二千多种方药，归纳编篡成《抗疟方药集》，又从中选出200多方药，以现代科学组织筛选，不断改进提取方法，终于在1971年发现对鼠疟、猴疟均具有100%的抗疟作用的青蒿素。经全国协作，验证病例达二千多，确证为“高效、速效、低毒”的抗疟新药，特别对抗氯喹恶性疟有特效。其后，她继续深入研究，又首先发现双氢青蒿素，研制青蒿素类和吖啶类抗疟药组成的“复方双氢青蒿素”，扩展药效至免疫领域。青蒿素的发现不仅找到了一个抗疟新药，而且为寻找抗疟药开辟了一条新的途径，由此带动国际抗疟领域工作的新进展，也促使世界上很多国家对青蒿素展开进一步的研究，挽救了全球特别是发展中国家数百万人的生命。

屠呦呦等自1972年分离得到青蒿素单体后即着手进行青蒿素的化学结构研究，先后与中国科学院有机所和生物物理所协作，最终用X—衍射方法确定了青蒿素的立体结构。青蒿素是一个具过氧基团的新型倍半萜内酯，也是一个与过去抗疟药结构完全不同的新抗疟药，打破了过去认为“抗疟药必须含氮杂环”的断言。为此青蒿素的发现不仅找到了一个能解决抗性疟疾的新药，而且为寻找新的抗疟药开辟了一条新的途径。经全国协作，验证病例达二千多，确证为“高效、速效、低毒”的抗疟新药，特别对抗氯喹恶性疟有特效。1978年青蒿素鉴定会后，屠呦呦负责的科研组工作继续不断深入，青蒿素获1985年卫生部实施新药审批办法后的第一个《新药证书》（86 -x-01号）。青蒿素的发明引起国内、外专家的重视。由此带动国际抗疟领域工作的新进展，也促使世界上很多国家对青蒿素展开进一步的研究。青蒿素是当前中国被国际承认的唯一创新药物，已在世界多国广为应用，产生很大的社会效益和经济效益。

在研究青蒿素化学结构中，屠呦呦于1973年首创其还原衍生物—双氢青蒿素。这在青蒿素类药物研究上意义重大：（一）确证青蒿素结构中羰基的存在；（二）由双氢青蒿素结构中的羟基得以制备各类青蒿素衍生物，增效并扩大生物活性，促使当今国内、外对青蒿素类药物研究不断深入，更好为人类保健作贡献；（三）经屠呦呦负责的科研组七年努力，得以创制出临床药效高于青蒿素10倍，又复燃率低至1.95%的新一代抗疟药，其片剂具有更突出的“高效、速效、安全、剂量小、口服方便、复燃率低、研制简廉”等优点，特别是经药效学及临床研究，证实最便于病人口服的片剂，在“安全、有效”上，胜于当前注射给药的同类衍生物，被认为是当前青蒿素类药物之优选者。该药于1992年获国家“一类新药证书”（92卫药证字X-66、67），已大批生产，经销国际市场，反映良好，被认为是“国际上治疗各型疟疾的较理想口服治疗药”。

“七五”期间，屠呦呦参与国家攻关项目《常用中药材品种质量研究》中“青蒿品种整理和质量研究”课题，对青蒿进行系统研究，分离鉴定17个化合物，其中5个为新化合物，并修正《中国药典》长期沿用的谬误。

为防止青蒿素抗药性的产生，保护青蒿素的临床使用寿命，避免滥用，屠呦呦团队与首都医科大学合作，就“双氢青蒿素对约氏疟原虫在蚊体内发育的影响”进行研究，发现青蒿素影响约氏疟原虫配子体感染性，但对蚊体内子孢子增值期不起抑制作用，即未能抑制卵囊继续发育到子孢子。提示青蒿素类药物不能用于疟疾预防。为有人将其用于预防提出警示。

为解决多重抗药性恶性疟蔓延全球的问题，国外十分重视复方的研究。双氢青蒿素为当前青蒿素类药物中的首选药，对多重抗药性恶性疟无交叉抗药性，而吖啶类抗疟药—咯萘啶与4－氨基喹啉类、嘧啶类、胍类及磺胺类均无交叉抗药性。屠呦呦团队为此设计了双氢青蒿素与咯萘啶组成的复方。在军科院支持下，进行实验研究，确证二药具显著协同增效作用，增效指数为7.6，（高于当前广泛应用的蒿甲醚和本芴醇组成的复方蒿甲醚，其增效指数为6），且作用位点多，疗程短。经二药联用治疗恶性疟10例，在12-24小时内，分二次服用，即达高效，40天未见原虫复燃。已获专利证书（专利号：ZL 99109669.X）。

据WHO资料，每天约有3000个婴幼儿童死于疟疾。屠呦呦团队为此研发了“双氢青蒿素栓剂”，方便儿童直肠给药。又用直接得自青蒿的青蒿素制成口服片剂，制作简便，价格便宜，又不易产生抗药性。均于2003年获得《新药证书》，分别为国药证字H20030341和H20030144。

经研究发现，双氢青蒿素在免疫领域具良好的双向调节作用，既能降低B细胞高反应性以减少免疫复合物沉积所致的自身免疫病，又可提高T细胞的免疫功能。在北医有关部门支持下，屠呦呦团队将双氢青蒿素用于治疗红斑狼疮和光敏性疾病，已获国家食品药品监督管理局的“药物临床研究批件”（2004L02089）和中国发明专利（专利号：ZL 99103346.9）。经临床100例疗效初步观察，总有效率94％，显效率44％。

屠呦呦于1980年聘为硕士生导师，于2001年聘为博士生导师，已培养硕士毕业生4名，博士毕业生1名。硕士研究生吴崇明和顾玉诚分别承袭了屠呦呦做青蒿素研究的方法，研究出了传统中药延胡索、牡蒿、大蓟、小蓟的有效成分。王满元是屠呦呦的关门弟子，也是屠呦呦带过的唯一一位博士生。

2016年12月，屠呦呦向北京大学教育基金会捐资100万元人民币，设立“北京大学屠呦呦医药人才奖励基金”，旨在支持母校教育事业发展，培养优秀医药卫生人才。

2020年，中国中医科学院与上海中医药大学联合开展“高层次中医人才培养试点专项”，开设九年联合培养、本博连读中医学“屠呦呦班”。

屠呦呦与丈夫李廷钊是同乡，两人曾是宁波效实中学同学，在李廷钊姐姐的撮合下走到一起。李廷钊曾在马鞍山钢铁厂、北京钢铁学院（今北京科技大学）和国家冶金部等单位工作。1963年，两人在北京重逢两年后，正式结婚。那时李廷钊在马鞍山钢铁厂工作，有朋友戏称，他与屠呦呦的结合是现代（钢铁）与传统（中药）的融合。婚后，屠呦呦不善于做家务，家中大小事务基本由先生全包。屠呦呦与丈夫李廷钊育有两个女儿，大女儿李敏，小女儿李军。

以屠呦呦研究员为代表的一代代中医人才，辛勤耕耘，屡建功勋，为发展中医药事业、造福人类健康作出了重要贡献。（中共中央总书记、国家主席、中央军委主席习近平 评）

以屠呦呦为代表的杰出科研人员不仅是中医药界的骄傲，而且是整个科技界的骄傲。（时任中共中央政治局常委、国务院总理李克强 评）

屠呦呦为青蒿素治疗人类疟疾奠定了最重要的基础，得到国家和世界卫生组织的大力推广，挽救了全球范围特别是广大发展中国家数以百万计疟疾患者的生命，为人类治疗和控制这一重大寄生虫类传染病做出了革命性的贡献，也成为用科学方法促进中医药传承创新并走向世界最辉煌的范例。（时任全国人大常委会副委员长陈竺 评）

屠呦呦的研发对人类的生命健康贡献突出。她的研究跟所有其他科研成果都不同，为科研人员打开了一扇崭新的窗户。（诺贝尔生理学或医学奖评委让·安德森 评）

屠呦呦不论是从学术上还是生活上都是一个很了不起的人。作为获奖人，她的经历是独一无二的。（诺贝尔生理学或医学奖评委会秘书长沃尔本·林达勒 评）

屠呦呦老师多年艰苦奋斗、执着地进行科学研究，围绕国家需求，克服困难、一丝不苟，取得了令人瞩目的成绩。（中国工程院院士、中国中医科学院院长张伯礼 评）

屠呦呦几十年来致力于严重危害人类健康的世界性流行病疟疾的防治研究，从中医药这一伟大宝库中寻找创新源泉，从浩瀚的古代医籍中汲取创新灵感，从现代科学技术中汲取创新手段，与她领导的研究团队坚持不懈，克服困难，联合攻关，成功地从中草药青蒿中提取出青蒿素，并研制出系列青蒿素类药品，这一成就挽救了全球特别是发展中国家数百万人的生命，在世界抗疟史上具有里程碑意义。（国家卫生计生委、国家中医药管理局 贺辞）

春草鹿呦呦：青蒿一握，水二升，浸渍了千多年，直到你出现。为了一个使命，执着于千百次实验。萃取出古老文化的精华，深深植入当代世界，帮人类渡过一劫。呦呦鹿鸣，食野之蒿。今有嘉宾，德音孔昭。（感动中国2015年度人物 颁奖词）

屠呦呦致力于中医研究实践，带领团队攻坚克难，研究发现了青蒿素，为人类带来了一种全新结构的抗疟新药，解决了长期困扰的抗疟治疗失效难题，标志着人类抗疟步入新纪元。以双氢青蒿素、青蒿琥酯等衍生物为基础的联合用药疗法（ACT）是国际抗疟第一用药，挽救了全球特别是发展中国家数百万人的生命，产生了巨大的经济社会效益，为中医药科技创新和人类健康事业作出了重要贡献。（中央庆祝改革开放40周年表彰 事迹介绍）

数十年如一日，屠呦呦从未改变过自己追求真理的底色。她或伏案古籍之间，或奔走田野之中，或守着实验室的夜……岁月镌刻着她在人类抗疟历史上留下的一笔一划。个人的命运与国家的发展相互交织、紧密联系，奏响了她人生的乐章，书写了她无私无悔的一生。（北京大学 评）

2015年，屠呦呦获得诺贝尔生理学或医学奖，这是中国科学家在中国本土进行的科学研究首次获诺贝尔科学奖。时任中共中央政治局常委、国务院总理李克强致信国家中医药管理局，对屠呦呦获奖表示祝贺。时任中共中央政治局委员、国务院副总理刘延东委托中国科协、国家中医药管理局负责同志看望屠呦呦并表示祝贺。国家卫生计生委、国家中医药管理局对屠呦呦获奖表示祝贺，并发出贺辞。国家卫生计生委、国家中医药局、国家食品药品监管总局联合召开祝贺屠呦呦研究员荣获2015年诺贝尔生理学或医学奖座谈会，祝贺屠呦呦获得诺贝尔奖。全国妇联也对屠呦呦发出贺信，称屠呦呦获奖是全体中华儿女的光荣，更是全体中国女性的骄傲。

2015年12月25日，国际天文学联合会（IAU）国际小行星中心，发布第97568号公报，将第31230号小行星永久命名为“屠呦呦星”。2016年1月4日，屠呦呦小行星命名仪式在北京举行。

2015年10月，呦呦高中母校宁波效实中学的各地校友会共同倡议为屠呦呦塑立铜像，并自筹制作资金。塑像由著名雕塑家、南京油画雕塑院院长王洪志制作。2016年6月6日，屠呦呦铜像在宁波效实中学揭幕。

2015年12月9日，屠呦呦母校宁波中学设立的屠呦呦陈列室正式开放。陈列室内收录了大量屠呦呦与青蒿素、与宁中、与家乡、与诺贝尔奖等内容。除了毕业照、成绩记录外，陈列馆还展示了学校对屠呦呦的高中同学和老师的采访，揭开了屠呦呦的高中往事。

2018年11月7日，广药集团神农草堂中医药博物馆树立屠呦呦塑像，弘扬科学精神和中医药文化。

2015年12月8日，宁波市历史文化名城名镇名村与遗产保护工作现场推进会在浙江宁波召开，在公布的第一批宁波市历史建筑名单中，屠呦呦故居成为入选的421处历史建筑之一。

2021年5月1日，修葺后的宁波市海曙区开明街26号姚宅成为屠呦呦旧居陈列馆，并向公众试开放。姚宅原是屠呦呦外祖父姚咏白和舅舅姚庆三的住宅，屠呦呦少年时代有10年时间与父母一起在此寓居。2021年5月24日，该馆入选浙江首批“科学家精神培育基地”。

因为没有博士学位、留洋背景和院士头衔，屠呦呦曾被戏称为“三无”科学家。

2015年12月10日，屠呦呦在瑞典领取2015年诺贝尔生理学或医学奖后，引发国内外的高度关注，“屠呦呦的致辞”也在网络上广泛流传。然而，众多版本的所谓“致辞”，经媒体考证均为伪造。屠呦呦的致辞只有《青蒿素——传统中医药献给世界的礼物》一篇，主要阐述的是青蒿素的研究与发现过程。