Joachim Heberle ist experimenteller Biophysiker und W3-Professor am Fachbereich Physik der Freien Universität Berlin. Er begann sein Studium der Chemie an der Universität Stuttgart, das er 1988 mit einem Diplom in physikalischer Chemie an der Julius-Maximilians-Universität Würzburg abschloss. Drei Jahre später wurde er im Bereich Biophysik an der FU Berlin promoviert. Von 1991 bis 1993 ging er als Post-Doktorand zum Hahn-Meitner-Institut Berlin (jetzt HZB). 1993 wechselte Heberle als Nachwuchsgruppenleiter an das Forschungszentrum Jülich. Während dieser Zeit habilitierte er sich in biophysikalischer Chemie (1998) an der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf. Für diesen Forschungsbereich wurde der 2005 zum Professor in der Fakultät für Chemie an der Universität Bielefeld ernannt. Seit 2009 ist er W3-Professor an der Freien Universität Berlin.

Im Zuge seiner Forschungslaufbahn war Heberle Gastwissenschaftler an der University of Arizona in Tucson (1991) und an der Universität Göteborg (1995), später Gastprofessor an der Changchun-Universität, China (2009) und an der Technischen Universität Nagoya, Japan (2015–2016).

Joachim Heberles wissenschaftlicher Schwerpunkt liegt in der Biophysik, im Speziellen in der Entwicklung und Anwendung von schwingungsspektroskopischen Methoden zur Erforschung der atomaren Funktionsweise von Proteinen. Heberle ist Sprecher des Sonderforschungsbereichs 1078 „Protonation Dynamics in Protein Function“, Vorstandsmitglied des Exzellenzclusters “UniSysCat” und Mitherausgeber der Zeitschrift „Chemical Reviews“. Von 2014-2021 ist/war Heberle Mitglied des deutschen Gremiums „Ombudsman für die Wissenschaft“ und daher mit Fragen zur wissenschaftlichen Integrität wohlvertraut.