1951年—1954年，在苏联莫斯科大学进修。

1955年，获得副博士学位。从莫斯科大学回到北京后，他被分配到北京地质学院从事教学工作，担任副教授。

1956年，在中国科学院地质研究所任副研究员、研究员。同期兼任北京地质学院、北京大学、中国科技大学教授。

1960年，担任中国科学院地质研究所副所长。

1956年，参与了制定中国第一个科学技术长远规划的工作。

1979年9月—1985年12月，担任中国科学院地球化学研究所研究员所长。

1980年，当选为中国科学院学部委员（院士）。

1992年，出任中国科学院地学部主任。

1993年，当选为第三世界科学院院士。

2007年7月31日15时20分，在北京协和医院逝世，享年88岁。

涂光炽于20世纪50年代参与和领导祁连山综合地质考察。20世纪60年代提出了铀矿地质改造成矿理论，并推广到其他一些矿床。20世纪70—80年代参与和领导地球化学所华南花岗岩类地球化学研究，提出成岩成矿多成因观点从事层控矿床、铁矿及金矿研究，提出中国层控矿床形成机制、发育特征，富碱侵入岩带特征及金矿类型、找矿方向与北疆矿床分布规律等。20世纪90年代以后从事超大型矿床及低温地球化学研究，提出中国超大型矿床时空分布特点和分散元素地球化学若干规律、西南大面积低温热液成矿域等见解。2003年立足于地球科学的宏观性和区域性，涂光炽提出了“比较矿床学”。

涂光炽为自己和青年科学工作者提出了下列八句话作为座右铭：设想要海阔天空，观察要全面细致；实验要准确可靠，分析要客观周到；立论要有根有据，推论要适可而止；结论要留有余地，表达要言简意赅。

涂光炽一再强调：“要学会独立工作”；“研究生不同于大学生，要学会自学”；“要学会查文献，熟习自己研究领域的进展”。每隔一段时间，涂光炽都要亲自主持全室的学术会议，要每个人作各自领域相关问题的调研报告，既活跃了学术空气，又使大家相互了解、相互学习、启发思路、扩展知识，还使每个人学会组织材料、综合分析、准确表达、提高水平。

涂光炽在培养研究生过程中，从课程、外语、选题、野外考察计划、室内地球化学方法，到审定论文提纲，他都亲自指导。他总是把研究生放在与国民经济发展关系最密切的或基础研究中最前沿的科研领域中培养锻炼。他放手让研究生在这些领域中钻研，教育他们要有创见、有抱负，要敢于提出自己的见解和理论，不要做书呆子，成为墨守成规者。

1950年，涂光炽回国后，就在清华大学讲授《地球化学》，这是在中国最早开设的地球化学课程。

1955年1月，涂光炽留苏回到北京，他先到北京地质学院继续任教，开设了《找矿勘探》和《矿床成因》课程。他以当时的经典教材为基础，结合留美期间所做的实验工作和留苏期间在乌拉尔等矿区大量的野外实践，把国际上最新的理论和方法介绍给学生。后来涂光炽到中国科学院任职后仍兼北京地质学院副教授，继续开设上述两门课程。50年代后期，他仍在北京地质学院和北京大学兼课。

1958年，中国科学技术大学成立地球化学系后，涂光炽多次到该系讲授矿床地球化学课程，后来他担任该系的兼职副主任。

1956年，涂光炽从36岁开始，除研究工作外还承担了指导研究生的任务，除“文化大革命”期间外，他从未间断过指导研究生的工作。涂光炽亲手培养的博士、硕士研究生包括：欧阳自远（中国科学院地球化学研究所，中国科学院院士），赵振华（中国科学院广州地球化学研究所），刘丛强（中国科学院地球化学研究所，中国科学院院士），李献华（中国科学院地质与地球物理研究所，中国科学院院士），周永章（中山大学），黄伟林（美国），胡耀国（广东），吴丰昌（北京），陈振楼（上海），黄琳（美国），鲁观清（加拿大）等。他指导的博士后包括：胡瑞忠（中国科学院地球化学研究所），周怀阳（同济大学），陈衍景（北京大学），倪师军（成都理工大学），王京彬（中国有色），肖荣阁（地大北京）、胡斌（中南大学）等。

涂光炽先生是中国科学院地球化学研究所和广州地球化学研究所的奠基人，他从事地学研究近70年，提出了一系列新理论、新观点，为地球科学的发展作出了卓越贡献。（新华网评）

涂光炽把自己的一生献给了他所钟爱的地球科学事业，在矿床学和地球化学领域取得了卓越成就，为中国国民经济建设和地球科学事业的发展作出了重大贡献。（《科学时报》评）

涂光炽一生“坦坦荡荡做人，勤勤恳恳做事，严严谨谨做学问”。（中国科学院院士徐冠华评）

2010年4月12日，纪念涂光炽先生诞辰90周年大会暨学术思想研讨会在人民大会堂举行。在纪念会上，还举行了“涂光炽院士图传”文集等图书的首发和赠送仪式，国家图书馆、中科院图书馆及有关院校代表接受了赠阅。