Segundo de cinco hermanos, Joseph Barcroft nació el 26 de julio de 1872, en The Glen, Newry, County Down, Irlanda.
Sus padres, Henry Barcroft y Anna Richardson Malcolmson, fueron cuáqueros originarios de Lancashire y descendientes de antiguas y acomodadas familias.
Realizó sus estudios en la Friend's School de Bootham, York, entre 1884 y 1888, destacando como un excelente alumno, donde se reveló su interés por las ciencias naturales.
En 1891, se graduó como Bachiller en Ciencias de esta universidad, cuando aún no finalizaba los estudios de la Escuela de Leys.
En octubre de 1893, ingresó al King's College de Cambridge para estudiar Fisiología,
Tras una brillante carrera, recibiendo honores, desde estudiante, en ciencias naturales, se graduó como Bachiller en Artes en 1896.
Regresó al Laboratorio de Fisiología e inició la que sería su primera investigación, "el metabolismo gaseoso de la glándula submaxilar del perro", tema sugerido por el profesor Langley y que lo terminaría en 1901.
La primera dificultad que tuvo fue la de mejorar los aparatos de medición que se empleaba en ese entonces.
Cuando en 1899 fue admitido para el Fellowship del King´s College. Su disertación fue "Una investigación del metabolismo gaseoso de las glándulas salivales", cuyo texto había sido examinado por Langley y Haldane.
En este mismo año, junto con HHW Pearson, ganó la Medalla Walshingham para investigación biológica y compartió con HH Dale el Premio Gedge para investigación fisiológica en 1900.
En 1901, fue designado conferencista anual en ciencias naturales en el King's College, cargo que desempeñaría hasta 1909.
En 1902, junto con Robert S Ball Jr y JS Haldane, publicó un nuevo método para medir el oxígeno y el ácido carbónico en pequeñas cantidades.
A pesar de no lograr la Cátedra Dunville de Fisiología en el Queen's College de Belfast, pues la fue concedida al fisiólogo italiano Angelo Mosso, Barcroft fue reconocido por sus trabajos.
En 1903, Sir Michael Foster dejó la Cátedra de Fisiología de Cambridge, que ocupaba desde 1883, y le sucedió John Newport Langley.
En ese año, Barcroft se casó con Mary Agnetta Ball, hija del renombrado astrónomo Sir Robert Stawell Ball.
En 1904, nació su primogénito, Henry Barcroft, quien también sería fisiólogo, y después nació Robert Ball Barcroft, quien se dedicaría a la carrera militar.
En ese año publicó sobre el metabolismo gaseoso del riñón y el intercambio de oxígeno del páncreas.
A fines de julio de 1905 partió hacia Cape Town, Sudáfrica, donde tendría lugar el Congreso de la Asociación Británica.
Retornó vía el Canal de Suez y tuvo la oportunidad de conocer el Egipto.
Barcroft y sus colaboradores realizaron estudios sobre la utilización del oxígeno por los tejidos musculares de los mamíferos, mientras que WM Fletcher y FG Hopkins lo hicieron con los efectos de la condiciones aeróbicas y anaeróbicas en el músculo de la rana.
En 1907, presentó una comunicación preliminar sobre la naturaleza y velocidad de la sangre emergente de la glándula submaxilar del gato durante la estimulación del nervio simpático cervical y sobre el metabolismo gaseoso del corazón. En marzo de ese año, se le designó responsable de las clases prácticas y las demostraciones. Y publicó sobre las propiedades anticoagulantes del extracto purificado de sanguijuelas (hirudina).
En 1908, dio a conocer su método para el análisis de los gases sanguíneos e introdujo una técnica que estaría permanentemente asociada a su nombre o, en su forma más delicada, con el método micrométrico de Warburg.
El objetivo fue reducir la probabilidad de error en las determinaciones comparativas de los contenidos de gases en las muestras de sangre arterial y venosa de los órganos, simplificando las engorrosas operaciones. Publicó el método del ferrocianuro para las determinaciones de los gases sanguíneos con propósitos clínicos. Su trabajo más importante en ese año fue una extensa revisión sobre el metabolismo gaseoso por los diferentes órganos.
En el Congreso de la Asociación Británica en Winnipeg, hacia fines de agosto de 1909, donde Barcroft estuvo ausente, se mencionó que él se hallaba comprometido en el estudio de ciertas condiciones sanguíneas que influenciaban la respiración en las grandes alturas.
En marzo de 1910, se dirigió a Tenerife (en las Islas Canarias) para unirse a la expedición organizada por el profesor Gottfried von Pannwitz, de Berlín.
La expedición estuvo conformada por los profesores Nathan Zuntz (quien había invitado a Barcroft) y Carl Neuberg, de Berlín, Arnold Durig y Hermann von Schroetter, de Viena, C Gordon Douglas, de Oxford, y, Barcroft.
Estuvieron del 21 de marzo hasta el 14 de abril, ascendiendo hasta la cabaña Alta Vista, unos 11 000 pies (3 350 m), al sur del Monte Tenerife. Barcroft halló que la curva de disociación de la hemoglobina permanecía inalterada a nivel del mar, a 7 000 pies y a 11 000 pies, mientras que descendía la presión parcial de CO2.
De acuerdo a la predicción de Bohr, la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno debió incrementarse, pero ello no sucedió. Barcroft postuló que debería haber alguna otra sustancia que produjera el efecto observado y empezó los estudios con el ácido láctico, cuya producción se incrementaba en situaciones de asfixia y que también desviaba la curva a la derecha.
Para aclarar sus dudas, especialmente si el ejercicio (escalamiento) producía resultados diferentes, Barcroft organizó la expedición hacia la zona montañosa de Italia. Con la ayuda de fondos de la Real Sociedad y de la Asociación Británica, se llevó a cabo la expedición hacia Monte Rosa.
El grupo estuvo conformado por Barcroft, M Camis, GC Mathison, F Roberts y JH Ryffel.
Con las facilidades brindadas por el profesor Vittorio Aducco de la Universidad de Pisa, esta vez alcanzaron hasta la cabaña Regina Margherita, cerca de 15 000 pies.
Entre sus conclusiones, complementadas más tarde con los resultados de su ascenso a Carlingford y los de GC Mathison, en Sugar Loaf (Gales), ambos a 1 000 pies y en 1912, tenemos que en las alturas el CO2 disminuía en la sangre; que ésta se tornaba acidótica; que, probablemente, el ácido láctico producía la acidosis en reposo y en actividad física; y, que esta acidosis por sí sola no explicaría los cambios físicos y mentales, que tal vez ocurriría agregación de la hemoglobina y de otras moléculas.
Es de resaltar el interés que por ese entonces se había generado entre los fisiólogos por los estudios de las propiedades de la sangre y la respiración en las grandes alturas.
La razón radicaba en la "gran controversia de la secreción de oxígeno" por las células alveolares.
Hacia fines de 1911, Barcroft publicó sobre la formación y estimación de la metahemoglobina.
A mediados de 1912, publicó sobre el incremento de la perfusión sanguínea al tejido glandular salival que no producía un incremento de la captación de oxígeno; y, que sí ocurría con la corta liberación de adrenalina.
En octubre de ese año, publicó que el consumo de oxígeno se incrementaba de tres a cinco veces durante la alimentación y que el flujo sanguíneo de la arteria hepática era la fuente principal de oxígeno del hígado.
En enero de 1913, Barcroft y sus colaboradores presentaron el reporte preliminar, durante el Congreso de la Sociedad de Fisiología realizado en el King's College, en Londres, sobre el efecto del ejercicio, la altura, la dieta sin carbohidratos y el calor húmedo sobre la curva de disociación de la sangre.
Junto con A. Cookes realizaron la determinación de la saturación de la sangre arterial, usando el método de la punción arterial por primera vez. En los años siguientes, Barcroft investigó sobre diversos aspectos de la curva de disociación de la hemoglobina, su relación con el ácido carbónico y el efecto producido por la altitud.
Al iniciarse la Primera Guerra Mundial, continuó trabajando, aunque con muchas dificultades. Cuando los alemanes empezaron a usar gases, a mediados de 1915, fue enviado a Boulogne (Francia) a estudiar a los soldados afectados y luego pasaría a dirigir la Sección de Fisiología de la estación de Guerra Química del Gobierno en Porton, cerca de Salisbury.
Barcroft realizó estudios experimentales con cloro y fosgeno en animales. Incluso, llevó a cabo un autoexperimento sobre la toxicidad del ácido prúsico, encerrándose en una cámara en la que se vertió dicho gas.
Terminada la guerra, Barcroft retornó al laboratorio universitario y a las actividades docentes.
Hacia fines de 1919, dio a conocer sus experimentos en cabras sobre problemas circulatorios debido al envenenamiento gaseoso. Concluyó que, sucesivamente, se producía destrucción del endotelio capilar pulmonar, trombosis, isquemia y edema intersticial e intraalveolar. Que, sorpresivamente, la oxigenación de la sangre y la presión de la arteria pulmonar estuvieron dentro de límites normales y recomendaba no someterse a esfuerzo alguno en estas condiciones para evitar una descompensación.
Al año siguiente publicó su trabajo sobre el tratamiento de los casos crónicos de envenenamiento gaseoso con la administración continua de oxígeno en cámaras. 
Los estudios que realizó Barcroft en el Monte Tenerife y en Monte Rosa fueron sobre el efecto de la actividad física sobre la curva de disociación de la hemoglobina; pero, en 1920, decidió participar en la "gran controversia".
En febrero de 1920, llevó a cabo su famoso "experimento de la caja de vidrio", completamente sellada, en la que se introdujo y permaneció durante seis días. Hizo mediciones en reposo y en ejercicio.
Para determinar el contenido de oxígeno en la sangre, no utilizó el método indirecto del CO de Haldane, sino el método directo aerotonométrico con la sangre obtenida por punción arterial; y, midió la concentración del oxígeno alveolar en el aire exhalado en espiración máxima. De esta manera, pudo determinar el gradiente de oxígeno alveolar-arterial.
Al consumir el oxígeno del ambiente interno, la frecuencia de su pulso se incrementó, presentó cefalea y una manifiesta incapacidad para concentrarse. El oxígeno ambiental disminuyó, a medida que lo consumía, hasta 84 mm Hg, correspondiente a una altitud de 18 000 pies. Sus mediciones mostraron que la sangre arterial contenía menos oxígeno, en reposo y en actividad, que el aire alveolar, a temperatura corporal.
Con esto demostró que el pulmón no secretaba oxígeno como había sido sostenido por Ludwig-Bohr-Haldane y le daba la razón a la tesis de Fick-Krogh.
Cuando Barcroft presentó estos resultados en la Sociedad de Fisiología, Haldane contestó más tarde publicando que Barcroft "no se había aclimatado" y cuestionó sus resultados por no haber utilizado su método.
En agosto de 1920, en el Congreso de la Asociación Británica, en Cardiff, dio su conferencia sobre anoxemia, indicando que en casos extremos de anoxemia aguda ocurriría daño variable del sistema nervioso. Y, con respecto a la anoxemia crónica, sostuvo que por encima de los 18 000 pies, donde vive y trabaja cierta gente, ocurría un proceso de compensación, que se le conocía como aclimatación, que era conseguido a expensas de la reserva funcional corporal; y, que la respiración en reposo semejaba a la del ejercicio a menor altura. Que, mientras que la anoxemia aguda simulaba la intoxicación alcohólica, la anoxemia crónica simulaba la fatiga. Distinguió tres tipos de anoxemia: anóxica, anémica y congestiva.
En enero de 1921, publicó su trabajo experimental sobre la anoxemia como un factor en el envenenamiento gaseoso con cloro y fosgeno. Durante los primeros meses de este año, consolidó los preparativos para su expedición a los Andes peruanos.
La expedición estuvo preparada desde inicios del verano y fue posible gracias al aporte económico de una docena de fuentes, especialmente de las instituciones a las cuales estaban ligados los investigadores: el Departamento de Química Física y la Fundación Proctor de la Universidad de Harvard; la Fundación Elizabeth Thompson; el Instituto Rockefeller de Investigaciones Médicas de Nueva York; la Universidad de Columbia (con los fondos aportados por Walter B James, Cleveland H Dodge y un anónimo); la Real Sociedad de Londres; una beca de investigación del Departamento de Fisiología de la Universidad de Toronto; las Fundaciones Moray y Carniege de Edimburgo; Sir Robert Hadfield y Sir Peter Mackie.
El objetivo de la expedición fue el de investigar las alteraciones, reales o supuestas, en el organismo que lo hacen adaptarse a las condiciones de vida en las grandes alturas. La edad de los expedicionarios varió entre 25 y 49 años, siendo Barcroft el mayor.
Barcroft siguió trabajando y publicando sobre otros aspectos de fisiología y dando conferencias sobre los problemas de altura. Precisamente, en la discusión mencionada del 15 de diciembre, Haldane dijo que Barcroft había remecido la evidencia aportada por su expedición al Monte Pikes, que la actividad secretoria de oxígeno incrementada por parte del epitelio pulmonar era el factor principal de la aclimatación; pero, en todo caso, el porcentaje de saturación de la hemoglobina era desproporcionado a la disminución de la presión parcial del oxígeno alveolar.
En octubre de 1923, Barcroft recibió la Medalla Baly, que se entregaba bienalmente al personaje más distinguido en las ciencias fisiológicas.
A fines de ese año, publicó sobre la captación de CO por la hemoglobina en el bazo y sobre el efecto de la temperatura externa sobre la circulación en humanos. Al año siguiente, se dedicó a sus trabajos sobre las características de la hemoglobina.
En 1925, publicó "The respiratory function of the blood Part I. Lessons from high altitude", en el que resumió su experiencia en los Andes.
El 16 de diciembre de 1925, se le adjudicó el cargo de Profesor de Fisiología dejado por Langley, quien había fallecido el 12 de noviembre pasado.
Barcroft continuó investigando sobre el volumen sanguíneo circulante, el lecho capilar sanguíneo y las propiedades de la hemoglobina; y, entre sus numerosas conferencias, destacaron sus trabajos acerca de la función del bazo. Fue, precisamente, a través de los trabajos experimentales sobre las alteraciones del volumen de bazo en la gestación, que se fue interesando por la fisiología circulatoria y respiratoria de la gestación y de los fetos.
El 22 de marzo de 1927, en la reunión de la Sociedad Literaria y Filosófica de Manchester, Barcroft dio la Conferencia Wilde sobre "Fisiología de la vida en las alturas de los Andes", y allí sostuvo que la enfermedad de la montaña era un descubrimiento del Nuevo Mundo; y, con respecto a su experiencia en los Andes peruanos.
En 1931, Barcroft publicó dos trabajos experimentales sobre el efecto de la temperatura en la frecuencia cardiaca y respiratoria con José Joaquín Izquierdo, fisiólogo e historiador de la medicina mexicano, quien hizo una pasantía en Cambridge.
En 1932, partió hacia Sudamérica para dar unas conferencias en Río de Janeiro (Brasil) y en Buenos Aires (Argentina).
En esta última ciudad, fue recibido por el Profesor de Fisiología Bernardo A. Houssay y su asistente, el Dr. Alfredo Biasotti. Tuvo un cálido recibimiento, una recargada agenda de actividades académicas y sociales, entre el 19 y 31 de agosto, quedando gratamente encantado.
Fue hecho miembro honorario de la Sociedad de Biología de Argentina y de la Academia Nacional de Medicina. Se dirigió a Montevideo para partir luego hacia Lisboa.
Ya en Cambridge, publicó sus trabajos acerca del efecto de las lesiones accidentales sobre el tamaño del bazo, las alteraciones en el tamaño del bazo denervado durante la gestación, sobre el volumen sanguíneo del útero durante la gestación y sobre los lechos sanguíneos (bazo, útero, hígado, piel). Uno muy particular fue el referido a algunas observaciones sobre la porción proximal del colon exteriorizado.
A inicios de 1933, Barcroft dejó de ser Profesor de Fisiología de la Universidad de Cambridge y publicó su trabajo sobre el incremento del flujo sanguíneo y del metabolismo gaseoso en el útero gestante.
A mediados de 1933, viajó a los Estados Unidos invitado como uno de los 75 científicos más distinguidos, con motivo del World's Fair obtenido por la ciudad de Chicago.
En Nueva York, visitó el Instituto Rockefeller y fue recibido por Donald D van Slyke, entre otras personalidades. Se dirigió a Toronto, donde departió con Fitzgerald, Banting, Best, Taylor y Frazer, entre otros.
Ante la Asociación Norteamericana de Ciencias dio su conferencia sobre las condiciones de la respiración fetal. De regreso a Europa, recibió el grado honorario de Doctor en Ciencias de la Universidad Nacional de Dublín.
En 1934, publicó su libro "Features in the Architecture of Physiological Function", donde dio a conocer los principios de sus experimentos. Este libro fue escrito de una manera muy especial, integrando los diversos órganos, aparatos y sistemas y no como una simple sucesión de ellos.
Hacia fines de ese año, en coautoría con otros investigadores, empezó a publicar sus trabajos experimentales en conejas, ovejas y cabras, sobre la respiración fetal.
A partir de 1935, y hasta la segunda gran guerra mundial, tuvo como un cercano colaborador al Dr. Donald H Barron.
El 10 de julio de 1935, fue investido por el Rey George V como Caballero de la Corona Inglesa, en el Palacio de Buckingham.
En agosto de ese año, concurrió al Congreso Internacional de Fisiología que se llevó a cabo en Leningrado y Moscú. Aquí tuvo la oportunidad de conocer al eminente fisiólogo ruso, Pavlov.
En marzo de 1936, falleció el gran fisiólogo John Scott Haldane, lo que significó un hondo pesar para Barcroft. En agosto de ese año partió nuevamente hacia los Estados Unidos, invitado para la celebración del tricentenario de Harvard.
Luego, se dirigió a Toronto, donde fue recibido por Charles H Best.
En Cambridge, continuó trabajando con Barron, especialmente sobre diversos aspectos de la fisiología y los movimientos somáticos del feto. En este año fue nominado para el premio Nóbel, pero éste fue conferido a Henry Dale y Otto Loewi.
En 1937, ya con 65 años, dejó la Cátedra de Fisiología.
En los tres años siguientes, continuó trabajando bajo el auspicio de fondos asignados por el Consejo de Investigación Médica para investigadores reconocidos (1935-1936 y 1936-1937) y también para asistir a investigadores de Cambridge (1937-1938 y 1938-1939).
En 1939, en los días de haberse iniciado la Segunda Guerra Mundial, junto con Barclay, Barron y Franklin publicaron los estudios radiográficos de la circulación a través del corazón adulto, del corazón fetal y del ductus arteriosus; y empezó los estudios funcionales del cierre de cortocircuitos circulatorios fetales, como el ductus arteriosus y el foramen ovale.
Su producción se redujo notablemente durante los años de la guerra.
Formó parte del Comité de Guerra Química.
En 1940, publicó sus trabajos experimentales en carneros acerca del aporte de oxígeno al cerebro fetal y el efecto de la asfixia (oclusión del cordón umbilical) sobre los movimientos respiratorios, y del contenido de oxígeno en los vasos umbilicales; en 1941, sobre la capacidad de oxígeno de la sangre fetal y neonatal y sobre los cambios de la circulación fetal después del nacimiento.
En este año, fue invitado a formar parte de la naciente Sociedad de Nutrición y de de la Escuela de Fisiología Veterinaria, en conexión con el Consejo de Investigación Agrícola, ambas con necesidades para responder a urgencias con la producción y provisión de alimentos durante la guerra.
Los numerosos trabajos que Barcroft publicó con Barron sirvieron para que ambos fueran considerados posteriormente como los "Padres de la fisiología feto-placentaria".
Barcroft publicaba, por un lado, sobre el inicio de la respiración al nacer y, por otro, mostraba sus resultados sobre el proceso de desecado de la carne y la leche. Y participaba en conferencias sobre la alimentación de la población en tiempos de guerra y sobre los elementos trazas en relación con la salud.
Al año siguiente, después de sus trabajos sobre la función nutritiva de la placenta, es de resaltar la demostración de la disminución del contenido de oxígeno en los senos venosos, por punción intracraneal, en fetos de conejos posmaduros.
Por estos trabajos de fisiología fetal, Barcroft recibió la Medalla Copley de la Real Sociedad (1943) y fue nombrado Miembro Honorario por el Real Colegio de Obstetricia y Ginecología (1944).
La Real Sociedad de Edimburgo también le concedió similar distinción (1944).
Barcroft fue distinguido como profesor honorario de seis universidades europeas y norteamericanas.
Por esta época, junto con sus colaboradores, se interesó en la producción de ácidos volátiles por la microflora intestinal, especialmente en el intestino grueso de los rumiantes.
Hacia fines de 1946, salió publicado su último libro "Researches on Pre Natal Life" (Investigaciones sobre la Vida Prenatal), Volumen I, dedicado al Dr. Barron por sus notables contribuciones, sin restar méritos de sus otros colaboradores como JD Boyd, Alfred Ernest Barclay y Kenneth J Franklin.
Con estas líneas de trabajo, Barcroft continuó trabajando y disertando hasta que, el 21 de marzo de 1947, falleció repentinamente de un infarto cardíaco.
Cuatro días más tarde sus restos fueron cremados.
Barcroft fue un científico muy meticuloso con el diseño y preparación de sus experimentos.
Es muy probable que haya sido un fiel seguidor del llamado "Principio de Krogh": Para cualquier problema siempre hay un animal en el cual pueda estudiarse de la manera más conveniente.
Su pensamiento estuvo inmerso en el más puro mecanicismo reduccionista de la escuela germana que imperaba allá por los años 1920.
Barcroft fue una persona muy amable, afable, con gran sentido del humor, gran conversador, presto a hacer amistades y un notable conferencista. Inspiró afecto a sus discípulos y colegas, quienes lo recordarían con gratitud. Un gran creyente de la santidad de la familia y del hogar. También gustó de la lectura, pintura, equitación, navegación y el golf. Modesto y generoso en el crédito de las autorías con sus co-investigadores.
Existe una montaña que lleva su nombre: el Monte Barcroft, dentro de la montaña White-Inyo, California, de 13 040 pies (3 975 m). Allí se estableció, en 1950, el Laboratorio de Investigaciones de Altura de la Universidad de California, el cuarto más alto de su género en Norteamérica (12 470 pies), que es visitado frecuentemente por ecólogos, astrofísicos, biólogos y geólogos.
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