Более 50 лет жизни Ю.М. Тимофеева связаны с Университетом, который он окончил в 1963 году. Учился в аспирантуре Университета с 1963 по 1965 г., защитил кандидатскую диссертацию в 1968 г., докторскую – в 1985 г. С января 1965 года по настоящее время работает на физическом факультете Университета в должностях: 1965–1968 – младший научный сотрудник, 1969–1975 – старший научный сотрудник, 1976–1984 – профессор кафедры физики, с 1985 г. по настоящее время – заведующий кафедрой физики атмосферы.

Круг научных интересов Ю.М. Тимофеева охватывает проблемы физики и оптики атмосферы: теория переноса радиации в атмосфере, обратные задачи атмосферной оптики, дистанционное (наземное, спутниковое) зондирование атмосферы. Им опубликовано свыше 200 научных работ (в том числе 5 монографий) на русском и английском языках. Ю.М. Тимофеевым подготовлено 15 кандидатов наук, которые работают в СПбГУ, во многих городах России и в зарубежных странах (Германии, Америке…..). Был консультантом 4 докторов наук.

Тимофеев Ю.М. был одним из ответственных исполнителей первого советского эксперимента по термическому зондированию атмосферы со спутника Метеор, ряда международных спутниковых и наземных экспериментов по исследованию газового состава атмосферы (Озон-Мир, Феникс, Криста, SAGE III), ряда международных проектов и контрактов (NASA-MIR, ESA ESTEC, AFGL, APL (USA), Alabama University (USA) и  Max-Planck Institute of Meteorology (Germany)).

Ю.М. Тимофеев – член Американского Геофизического Общества, руководитель Российской комиссии по радиации, член редколлегии журнала Известия РАН, Физика атмосферы и океана, с 1999 г. по настоящее время – член диссертационного Совета по защите докторских диссертаций.

Ю.М. Тимофеев награжден Международной премией им. Макса Планка (1991 г.), Главной премией издательства МАИК Наука/Интерпериодика 2005 года за цикл статей в журнале "Известия РАН. ФАО", ему присвоено почетное звание «Заслуженный деятель науки Российской Федерации» (2008 г.).