В 1935 году семья переехала в Москву. С.П. окончил Московский авиационный институт. В 1961 году стал доктором физико-математических наук. Работал в Центральном аэрогидродинамическом институте, откуда был уволен в связи с опалой отца. Затем работал в Институте геофизики, в Институте физических проблем им. П.Л. Капицы РАН. В течение 35 лет заведовал крупнейшей в стране кафедрой физики в Московском физико-техническом институте.
Работы профессора Капицы в области прикладной электродинамики привели к созданию микротрона. С.П.Капица - автор книг "Жизнь науки" и "Общая теория роста населения". С.П.Капица - лауреат премии Правительства РФ за 2002 год в области науки и образования (в составе группы ученых за работу "Синергетика и прогнозы будущего".
В начале 80-х гг. стал главным редактором журнала «В мире науки» – русскоязычной версии всемирно известного международного журнала Scientific America и оставался им по сей день. В последнее время активно изучал проблемы информационного общества, глобализации, демографии. За сравнительно короткий срок написал десятки статей, в которых обосновывается модель гиперболического роста населенияЗемли, недавно еще раз переиздана книга Сергея Петровича «Парадоксы роста. Законы развития человечества».
С.П. Капица – пионер подводного плавания в Советском Союзе, снял первый советский подводный фильм о Японском море, который с успехом демонстрировался на международных кинофестивалях, в частности в Каннах, уступив только фильму Ж.-И. Кусто.
Сергей Петрович Капица - член Европейской Академии, Всемирной академии искусств и науки (Вашингтон), Римского клуба и других научных обществ. Лауреат премии Калинги (1979), вручаемой ЮНЕСКО выдающимся популяризаторам науки, Государственной премии (1980), премии РАН за популяризацию науки (1996). Член Российской академии «Интернет».
В 2012 году С.П. Капица стал обладателем первой Золотой медали РАН за выдающиеся достижения в области пропаганды научных знаний.
С.П. Капица официально входит в число признанных интеллектуалов планеты наряду с такими видными мировыми деятелями, как Рихард фон Вайцзеккер (Германия), Сун Цзянь (Китай), Жак Делор (Франция) и другими.