Martin Chalfie er en amerikansk nevrolog og kjemiker. Sammen med Osamu Shimomura og Roger Tsien ble Chalfie tildelt Nobelprisen i kjemi 2008 «for oppdagelsen og utviklingen av det grønt fluorescerende proteinet, GFP».

Chalfie har studert utviklingen av nervesystemet, spesielt hos den mye brukte modellorganismen Caenorhabditis elegans, en rundorm. I 1994 viste han at gener for GFP (grønt fluorescerende protein) fra maneten Aequorea victoria kunne benyttes til å få levende celler i rundormen til å fluorescere. Celler som inneholder GFP, fluorescerer grønt når de belyses med UV-lys. Ved å plassere GFP-gener sammen med en spesifikk promotor, blir bare celler der promotoren er aktiv, fluorescerende. Det betyr at man kan identifisere celler med et spesifikt gen, og de markerte cellene kan spores.

Han tok doktorgrad i fysiologi i 1977 ved Harvard University, og ble professor ved Columbia University, New York i 1982.