50 лет жизни Ю. А. Толмачева связаны с Университетом, который он окончил в 1962 г. Еще будучи студентом, он работал лаборантом, затем инженером, младшим научным сотрудником, старшим научным сотрудником, с 1976 г. – старшим преподавателем, с 1980 г. – доцентом кафедры оптики, а с 1987 г. – профессором кафедры оптики. В 1996 г. он был избран заведующим кафедрой оптики, которую возглавлял до 2003 г., являясь также заведующим отделом оптики и спектроскопии НИИ физики. С 2004 г. по настоящее время он является профессором физического факультета СПбГУ, заведующим лабораторией лазерной спектроскопии и спектроскопии плазмы. Круг интересов Ю. А. Толмачева – атомная спектроскопия, спектроскопия плазмы, физика электронных и атомных столкновений, техника спектроскопии, физика ультракоротких импульсов света и их применение для обработки, записи и хранения информации Им опубликовано более 330 научных работ, в том числе 2 книги, 9 обзоров, 174 журнальные статьи, подготовлено более десяти кандидатов наук. Ю. А. Толмачев – один из лучших преподавателей физического факультета. Им разработаны и читаются курсы атомная и молекулярная спектроскопия, спектроскопия атомов, прикладная оптика, основы когерентной оптики, современные методы линейной спектроскопии, он – лауреат премии физического факультета за педагогическое мастерство. В течение многих лет Ю. А. Толмачев является членом Редколлегии журнала «Вестник Санкт-Петербургского университета», заместителем председателя диссертационного совета по защите докторских диссертаций.