Один из ведущих российских специалистов в области нейрофизиологии и физиологии сенсорных систем, лауреат Государственной премии СССР, профессор, доктор биологических наук. С 1967 г. - сотрудник Института проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН, глава лаборатории сенсорных систем позвоночных. В конце 1960-х годов начал проводить нейрофизиологические исследования дельфинов в специально созданном научно-исследовательском центре на базе первого дельфинария в Севастополе. В начале 1970-х годов НИЦ перебазировался на черноморское побережье Кавказа, где была создана Утришская морская станция, функционирующая до сих пор. Исследование цикла сон-бодрствование у дельфинов выявило совершенно неизвестный до этого механизм так называемого однополушарного сна. Это исследование получило статус открытия, а Александр Яковлевич Супин стал лауреатом Государственной премии СССР. Более 15 лет сотрудничает с американскими исследователями из Гавайского института морской биологии. Именно там были изучены особенности слуха дельфинов во время активной эхолокации, выдвинуты предположения о механизмах взаимодействия слуха и эхолокационного аппарата дельфинов. Один из первых советских ученых в своей области, который стал печататься в ведущих мировых изданиях по физиологии (Comparative Physiology, The Journal of the Acoustical Society of America, Brain Behavior and evolution, Anatomical record, Experimental Biology и других).