Советский биохимик, физиолог растений и микробиолог, академик АН СССР (с 1923). Сын П. А. Костычева. Родился в Петербурге. Окончил Петербургский университет (1900). С 1914 - профессор, с 1916 - зав. кафедрой физиологии растений этого университета, с 1923 - директор Лаборатории биохимии и физиологии растений АН СССР и Государственного института опытной агрономии (с 1930 - институт сельскохозяйственной микробиологии ВАСХНИЛ) в Ленинграде.

Основные научные, работы посвящены химизму дыхания и брожения. Показал, что спиртовое брожение не является первой фазой дыхания, как полагали прежде, а оба этих процесса связаны общими промежуточными продуктами превращения углеводов. Экспериментально обосновал и развил теорию о генетической связи дыхания и брожения, согласно которой анаэробный распад Сахаров - начальная фаза, общая как для процесса брожения, так и для процесса дыхания. Установил, что дрожжи при брожении способны синтезировать кислоты и спирты. Изучил процесс получения лимонной кислоты за счет жизнедеятельности гриба Aspergillus niger. Результаты этих исследований были реализованы в технологических схемах первых в СССР заводов микробиологической промышленности. Установил путь восстановления растениями нитратов до аммиака. Показал, что при фиксации атмосферного азота азотобактером образуется аммиак. Выяснил характер изменений фотосинтеза в течение суток .