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Chimiste, directeur de recherche au CNRS, en charge des Nanosciences du Centre d'Elaboration des Matériaux et d'études structurales (CEMES), laboratoire propre du CNRS à Toulouse, Christian Joachim coordonne le projet Europeen « Bottom-Up Nanomachines » sur les machines à calculer moléculaires et le Contrat de Plan État-Region « Nanosciences, Nanotechnology et Nanomateriaux » en Midi-Pyrénées. Il a reçu le Prix de Chimie Physique de la Société Chimique de France en 1988 pour ses travaux sur les phénomènes de transfert d'électrons intramoléculaire, Le Prix IBM-France en Science des Matériaux en 1991 pour son travail sur la compréhension de l'effet tunnel au travers une seule molécule, le Prix Feynman en Nanotechnologie en 1997, le Prix Français de la Nanotechnologie en 1999 et la Médaille d'Argent du CNRS en 2001 pour ses travaux en Nanosciences.
En 1987, Christian Joachim a été le pionnier de la mesure des propriétés de conduction électrique sur une molécule unique, de la conception de commutateur et, dès 1997, de transistor toujours avec une seule molécule. Il a développé des techniques de nano-fabrication permettant la réalisation de dispositifs moléculaires hybrides à la surface d'un solide puis introduit le concept d'électronique mono-moléculaire visant à intégrer tout un calculateur dans une seule molécule. En travaillant sur la compréhension de la technique de manipulation d'atomes et de molécules à l'unité avec un microscope à effet tunnel, il a découvert le premier rotor moléculaire et ouvert la voie à la mise au point des premiers nano-robots moléculaires de surface, nano-robots filoguidés par la pointe du microscope à effet tunnel.
Pour l’Agence de Recherche gouvernementale A*STAR de Singapour, il est responsable depuis 2005 du programme de recherche Atom-Technology visant à la réalisation de molécule-machines. Son livre, Nanosciences : la révolution invisible, publié au Seuil en 2008, raconte l’histoire des nanosciences en les replaçant dans le contexte général de l’aventure scientifique.