Родился в п. Тим Курской губернии.
Трудовую деятельность начал после окончания школы и фабзаводского училища (в 1931) в качестве препаратора лаборатории ионных и электронных преобразователей Ленинградского физико-технического института.
Научный авторитет ленинградских физиков определил его выбор - он поступил учиться на физико-технический факультет Ленинградского политехнического института.
Специализировался по кафедре химической физики, которой заведовал член-корреспондент АН СССР С. З. Рогинский.
В конце 1937 г. студента Н. Эмануэля пригласил в свою лабораторию цепных реакций академик Н. Н. Семёнов, где Н. Эмануэль выполнив дипломную работу, получил направление в аспирантуру.
В качестве кандидатской диссертации молодой ученый выполнил блестящую работу, которую впоследствии назвали классической.
Он показал, что реакции вырожденного разветвления цепей при окислении сероводорода осуществляются малоактивными свободными радикалами.
Ему удалось идентифицировать их и определить их кинетические свойства, разработанным им методом.
Защищита кандидатской диссертация состоялась после возвращения Н. Эмануэля с полей Великой Отечественной войны в 1942 г.
Через шесть лет защитил докторскую диссертацию (!), на тему окислению альдегидов в газовой фазе.
С конца 1940-х гг. Н. М. Эмануэль и его сотрудники разрабатывали проблемы катализа в реакциях жидкофазного окисления.
Многие из работ в области катализа нашли отражение в его известной монографии "Промежуточные продукты сложных газовых реакций" (1946), а весь цикл этих исследований удостоен в 1948 г. премии им. А. Н. Баха.
Начиная с середины 1950-х гг. в работах учёного всё большее место занимают исследования кинетики и механизма цепных реакций окисления органических веществ в жидкой фазе.
В 1958 г. за цикл исследований свойств и особенностей цепных реакций Н.М. Эмануэль удостоен Ленинской премии и избран членом-корреспондентом АН СССР.
Дальнейшим развитием работ в области механизма жидкофазного окисления стало исследование гетерогенного и гомогенного катализа.
В результате широкомасштабных исследований разработана общая схема жидкофазного окисления органических веществ, включающая новые типы реакций зарождения, продолжения, разветвления и обрыва цепей.
Эти данные обобщены в монографиях "Окисление циклогексана" (1962, совместно с И. В. Березиным и Е. Т. Денисовым) и "Цепные реакции окисления углеводородов" (1965, совместно с З. К. Майзус и Е. Т. Денисовым); обе они переведены на английский язык и изданы в США издательством Pergаmon Press.
Большой научный и практический интерес представляет исследование механизма синергизма в смесях ингибиторов, в ходе которого открыто явление радикального взаимодействия ингибиторов. Работу признали открытием!
В 1973 г. Фармакологический комитет Министерства здравоохранения СССР рекомендовал для практического применения два противораковых препарата, предложенных Н.М. Эмануэлем.
Один из них - дибунол (ионол) - типичный представитель малотоксичных антиоксидантов.
С 1980 г. препарат выпускался медицинской промышленностью СССР и успешно применялся для лечения рака желудка, лучевых и трофических поражений кожи и слизистых оболочек.
За цикл работ по созданию дибунола Н.М. Эмануэлю с группой сотрудников (в 1981) присуждена премия Совета Министров СССР.
Другой препарат, впервые предложенный и изученный Н.М. Эмануэлем с сотрудниками, — нитрозометилмочевина — производится и применяется с 1984 г.
Результаты этих работ изложены в двух монографиях "Кинетика экспериментальных опухолевых процессов" (1977) и "Нитрозометилмочевины — новый класс противоопухолевых препаратов" (1978, совместно с Д. Б. Корманом, Л. А. Островской и др.).
С момента основания кафедры химической кинетики в Московском государственном университете Н.М. Эмануэль стал заместителем заведующего.
С 1950 г. — профессор кафедры.
Написанный им совместно с Д. Г. Кнорре учебник "Куpc химической кинетики" выдержал четыре издания.
Вместе с сотрудниками кафедры Н.М. Эмануэль создал учебное пособие "Экспериментальные методы химической кинетики".
В 1966 г. избран действительным членом АН СССР.
С 1971 г. — заместитель академика-секретаря, а с 1975 г. — академик-секретарь Отделения общей и технической химии и членом Президиума АН СССР, продолжая руководить отделением до конца своих дней.
Н.М. Эмануэль возглавлял Научный совет АН СССР по химической кинетике и строению.
Научная школа академика Эмануэя — это большой коллектив физико-химиков, математиков, биологов, врачей, использующих кинетические методы для изучения важнейших химических и биологических процессов.
Среди его учеников более 300 кандидатов наук, 50 докторов, несколько членов АН СССР.
И. В. Березин, В. И. Найдич