Doctor en Química Analítica por la Universidad de Barcelona. Es investigador en el Instituto de Diagnóstico Ambiental y Estudios del Agua y desde 2008 es Director del Instituto Catalán de Investigación del Agua.
Su investigación está centrada en la calidad del agua, en el desarrollo de métodos para controlar la contaminación orgánica por contaminantes emergentes en aguas residuales y naturales: pesticidas, detergentes, disruptores endocrinos, productos farmacéuticos, nanomateriales y microplásticos. También se ha enfocado en la epidemiología de las aguas residuales utilizando la proteómica ambiental.
Desde los noventa, ha sido editor de las revistas de Elsevier: Trends in Analytical Chemistry, Process Safety and Environmental Protection and Detritus, así como de las series de libros Comprehensive Analytical Chemistry, The Handbook of Environmental Chemistry and Advances in Chemical Pollution, Environmental Management and Protection. Es Coeditor en jefe de las revistas: Science of the Total Environment; Current Opinion in Environmental Science and Health; Case Studies of Chemical and Environmental Engineering y Methods X.
Recibió el Premio Rey Jaime I para la Protección del Medio Ambiente en España; el Premio Internacional Príncipe Sultán Bin Abdulaziz para el Agua de Arabia Saudí; el Premio Internacional del Medio Ambiente Recipharm, empresa farmacéutica líder. Ha sido Presidente del Consejo Científico y Técnico de la Iniciativa de la Unión Europea sobre "Desafíos del agua para un mundo cambiante".
Ha sido galardonado con el Doctor Honoris Causa por las universidades de Ioannina, Grecia, y Lleida y Almería en España. Ha supervisado 67 doctorados; ha impartido cursos en universidades de España, China, Corea del Sur, Nueva Zelanda, EE. UU., Eslovenia, México, Brasil, Grecia y Arabia Saudí. Ha sido conferencista magistral en eventos internacionales como PITTCON, ACS-symposia, SETAC y ExTech.
Desde 2010 aparece en la lista de los científicos más citados, con un índice H de 168 y un número de citas por arriba de 127.000, y más de 1400 publicaciones (abril de 2022). En el ranking publicado en 2022 sobre los mejores científicos en el área de química a nivel mundial (research.com/scientists-rankings/chemistry), el Dr. Barceló fue distinguido como el científico más destacado de España y el quinto de Europa.