Marc Dhenain a été élu membre titulaire de l'Académie Nationale de Médecine à la 4e division (santé publique) dans la section des sciences vétérinaires. Après avoir obtenu un diplôme de Docteur Vétérinaire à l'École Nationale Vétérinaire de Toulouse, Marc Dhenain a soutenu une thèse en 1998. Il a ensuite travaillé au California Institute of Technology à Pasadena (Californie) et a rejoint le CNRS en 2000 puis a été élu à l'Académie Vétérinaire de France en 2014. Il est actuellement Directeur de Recherche du CNRS et dirige l'équipe Imagerie Intégrative Multimodale des Maladies Neurodégénératives et Thérapies du Laboratoire des Maladies Neurodégénératives de MIRCen sur le site Fontenay-aux-Roses du centre CEA Paris-Saclay.
Marc Dhenain est spécialiste du vieillissement cérébral, de la maladie d'Alzheimer et de méthodes d'imageries telle que l'imagerie par Résonance Magnétique Nucléaire (IRM). Il a démontré que les lésions microscopiques de la maladie d'Alzheimer peuvent être détectées par IRM. Il a évalué plusieurs thérapies pour lutter contre le vieillissement cérébral et la maladie d'Alzheimer. Ses travaux actuels démontrent que les lésions de la maladie d'Alzheimer peuvent être transmissibles et évaluent les impacts de cette transmission sur le fonctionnement cérébral.
L'Académie Nationale de Médecine a pour mission de répondre, à titre non lucratif, aux demandes du Gouvernement sur toute question concernant la santé publique, de s'occuper de tous les objets d'étude et de recherche qui peuvent contribuer aux progrès de l'art de guérir et de promouvoir le rayonnement de la médecine française. Elle est constituée de 135 membres titulaires, de membres titulaires émérites, de membres correspondants, de membres associés et de membres honoris causa à titre exceptionnel. Marc Dhenain en tant que membre titulaire de la 4ème division des sciences vétérinaires, est amené à travailler sur les questions relatives à la santé publique. Il participe aux travaux qui concernent le concept de « une seule santé » ("one health") qui intègre la santé humaine, animale et environnementale.