Marcel Pourbaix étudie à l'université libre de Bruxelles et obtient son diplôme d'ingénieur civil mécanicien électricien, section chimie et électrochimie en 1927. Il conçoit en 1938 les diagrammes potentiel-pH pour lesquels il devient célèbre. Il obtient en 1945 un doctorat à l'université de technologie de Delft intitulée Thermodynamique des solutés dilués. Représentation graphique du rôle du pH et du potentiel, et devient agrégé de l'enseignement supérieur en physicochimie appliquée à l'université libre de Bruxelles la même année. En 1968, il est nommé professeur extraordinaire et honoraire en 1978.
Durant les années 50 et le début des années 60, il édite avec ses collaborateurs un Atlas des équilibres électrochimiques qui présente les diagrammes potentiel-pH d'un grand nombre d'espèces chimiques. Ces diagrammes indiquent les domaines d'existence ou de prédominance d'un élément en fonction du potentiel et du pH.
Il est l'un des fondateurs en 1949 du Comité International de Thermodynamique et Cinétique Électrochimiques, qui deviendra en 1971 l’International Society of Electrochemistry, et de la commission électrochimie de l’International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) en 1952.
Il fut l'époux de Marcelle Pourbaix-Trojan, sculpteur, avec qui il eut trois fils.
