일본의 뇌생리학자로 도쿄대 명예교수. 도교제국대 의학부를 졸업하고 미국 캘리포니아대에서 해부학을 공부했다. 실험생리학의 기법을 일본에 도입했다. 도쿄대 의학부 뇌 연구소장, 교토대 영장류연구소에서 가르쳤고 일본뇌파학회를 설립하는 등 전후 일본의 뇌생리학 발전에 지대한 공헌을 했다. 뇌파학회 위원장으로서 뇌사 판정의 엄격한 기준을 수립했다. 세계적 수학자인 오카 기요시와 친교가 깊었다. 일본신경과학학회는 저자가 사망한 이듬해인 1974년부터 매년 뇌 연구에 탁월한 업적을 남긴 학자들에게 도키자네 도시히코 기념상을 수여하고 있다. 저서로 『뇌 이야기』 『뇌와 인간』 『뇌와 마음』 『인간을 만든 뇌』 등이 있다.