Ο Δρ. Νούνεσης σπούδασε Φυσική στο Πανεπιστήμιο Αθηνών και πήρε το διδακτορικό του στην Πειραματική Φυσική Στερεάς Κατάστασης στο Πανεπιστήμιο της Μινεσότα των ΗΠΑ. Μετά από τρία χρόνια μεταδιδακτορικής έρευνας στο Τμήμα Χημείας του Ινστιτούτου Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης (MIT), εργάσθηκε ως ερευνητής στο Εργαστήριο Francis Bitter National Magnet Laboratory του MIT.
Από το 1995 είναι ερευνητής στο «Δημόκριτο» και από το 2002 διευθυντής ερευνών στο Ινστιτούτο Πυρηνικών και Ραδιολογικών Επιστημών και Τεχνολογίας, Ενέργειας και Ασφάλειας. Υπήρξε επίσης προσκεκλημένος καθηγητής στο Τμήμα Χημείας του Πανεπιστημίου Μπορντό Ι (2010) και προσκεκλημένος ερευνητής στο ερευνητικό κέντρο Πολ Πασκάλ του CNRS στη Γαλλία (2013).
Έχει τιμηθεί με ερευνητικά βραβεία από το Κοινωφελές Ίδρυμα Ι.Σ. Λάτσης και το Εμπειρίκειο Ίδρυμα, καθώς και με τη διάκριση «Alan Berman Publication Award» των ΗΠΑ (1995). Το 2013 υπήρξε μέλος της ερευνητικής ομάδας που τιμήθηκε με το βραβείο «Fertility and Sterility Investigator Achievement Award» της Αμερικανικής Εταιρείας Αναπαραγωγικής Ιατρικής. Τα ερευνητικά του ενδιαφέροντα επεκτείνονται σε τομείς της μοριακής βιοφυσικής, καθώς και της φυσικής χαλαρής ύλης, με ιδιαίτερη έμφαση σε υβριδικά νανοδομημένα υλικά.
