Советский физик-теоретик, академик (с 1966 г.). Родился в с. Рассказово ( Тамбовской обл.). Окончил Московский университет (1930 г.), с 1934 г. работает в Физическом институте АН СССР. С 1951 г.— также в Объединенном институте ядерных исследований (г. Дубна). Одновременно много лет преподавал в Московском университете.

Научные работы в области квантовой теории поля и физики элементарных частиц. Одним из первых в 1940 г. использовал в теоретических построениях метод многовременного формализма, тогда же выдвинул идею создания теории нелокализованных полей. Разработал в 1953 г. концепцию динамично деформированного форм-фактора и, исходя из нее, пришел к выводу о возможности существования большого количества возбужденных состояний мезонов и барионов с очень малым временем жизни.

Одним из первых советских теоретиков начал разрабатывать программы экспериментов для решения принципиальных проблем физики элементарных частиц на ускорителях. Ряд прогнозов, предложенных Марковым, со временем подтвердился, в частности относительно поисков нестабильных короткоживущих элементарных частиц (резонансов). Исследования Маркова посвящены также моделям и классификации элементарных частиц. В последнее время исследует влияние гравитации на свойства элементарных частиц. Создал модель элементарной частицы предельно большой массы (максимон) и частицы с микроскопическими полной массой и размерами (фридмон).

Внес вклад в физику нейтрино. Он изучал в 1950 г. физические проявления нейтрино и антинейтрино, в 1957 г. пришел к выводу о нетождественности нейтрино, излучаемых при бета-распаде, и излучаемых с мюоном, предложил (1958—1961 гг.) постановку подземных нейтринных экспериментов для изучения взаимодействия нейтрино при высоких энергиях и для поисков возможных источников внегалактических нейтрино. Выдвинул (1964 г.) идею «нейтринных» звезд.