Jego praca doprowadziła do odkrycia układu endokannabinoidowego, który ma wpływ na wiele aspektów zdrowia człowieka.
Biografia Mechoulam urodził się 5 listopada 1930 r. w Sofii (Bułgaria) w rodzinie sefardyjskiej. Rodzice byli osobami wykształconymi: ojciec był lekarzem ordynatorem miejscowego szpitala, a matka studiowała w Berlinie. Przed uchwaleniem praw antysemickich i wybuchem II wojny światowej uczęszczał do „amerykańskiej szkoły podstawowej” w Sofii. Po jej zamknięciu wraz z rodzicami przeprowadził się do małej miejscowości na Bałkanach, ze względów bezpieczeństwa. Mimo że był jedynym lekarzem w okolicy, ojciec Mechoulama został zesłany do obozu koncentracyjnego, w którym pobyt przeżył. Po zajęciu Bułgarii przez komunistów w 1944 roku studiował inżynierię chemiczną, czego „nie lubił”Mechoulam, Conversation with Raphael Mechoulam, „Addiction”, 6, 102, Wiley, 2007, s. 887–893, DOI: 10.1111/j.1360-0443.2007.01795.x, PMID: 17523982..
W 1949 roku jego rodzina wyemigrowała do Izraela, gdzie później studiował chemię. Uzyskał tytuł magistra nauk ścisłych w dziedzinie biochemii na Uniwersytecie Hebrajskim w 1952 roku.