W latach 1998–2001 reprezentował Polskę w Radzie Gubernatorów Wspólnego Centrum Badawczego Unii Europejskiej.
Zasiadał w konwencie Ruchu Stu. Od 19 października 2001 do 31 października 2005 był ministrem nauki i szkolnictwa wyższego (od 2 maja 2004 ministrem nauki i informatyzacji) w rządach Leszka Millera oraz Marka Belki. Kierował również zlikwidowanym w 2005 Komitetem Badań Naukowych. W latach 2006–2010 sprawował funkcję doradcy społecznego prezydenta Lecha Kaczyńskiego ds. kontaktów ze środowiskiem naukowym.
Został członkiem rzeczywistym PAN. Od 1 stycznia 2007 do 19 marca 2015 zajmował stanowisko prezesa PAN. Wybrany na członka Austriackiej Akademii Nauk (2002), Europejskiej Akademii Nauk i Sztuk (2006, w 2015 wybrany na jej wiceprezesa), Academia Europaea (2009), Senatu Leopoldiny (2011–2015), Europejskiej Rady Badań (2006–2011), Senatu Europejskiego Towarzystwa Badań Materiałowych (2018) oraz Komitetu Sterującego Rady Zarządzającej Europejskiej Fundacji Nauki w Strasburgu (2007–2010). Został także członkiem Społecznego Komitetu Odnowy Zabytków Krakowa (2009), Akademii Inżynierskiej w Polsce oraz Towarzystwa Naukowego Warszawskiego. W 2015 objął funkcję ambasadora Komisji Europejskiej ds.