Að loknu námi í gagnfræðaskóla fór Þorleifur (1931-1999) ◊ ◊
í Menntaskólann í Reykjavík og lauk þaðan stúdentsprófi 1952. Ári síðar hóf hann nám í jarðfræði við háskólann í Hamborg sem hann lauk frá háskólanum í Köln árið 1960. Þorleifur stundaði síðar framhaldsnám og rannsóknir við háskólann í Bergen og Cambridge. Að loknu doktorsprófi starfaði hann sem sérfræðingur í jarðfræði við Háskóla Íslands samhliða stundakennslu við hina ýmsu skóla og þar á meðal Menntaskólann í Reykjavík (1963-1969). Árið 1975 var Þorleifur skipaður prófessor í jarðsögu og ísaldarjarðfræði við jarðfræðiskor Háskóla Íslands. Hann sat í stjórn hinna ýmsu félaga svo sem Hinu íslenska náttúrfræðifélagi, Jarðfræðifélagi Íslands svo eitthvað sé nefnt.
Þorleifur stundaði margþættar rannsóknir í jarðfræði og ber þar einna helst að nefna rannsóknir á þróun gróðurfars á Íslandi og loftslagssögu. ◊ Hann birti fjölda greina og bóka um jarðfræðileg efni og umhverfisvernd og má þar einna helst nefna bókina Saga bergs og lands (1968) sem lengi vel var notuð við kennslu í jarðfræði í flestum framhaldsskólum landsins. Að auki ber að nefna Geologie von Hellisheidi (1960), Pollenanalytische Untersuchungen zur spät- und postglazialen Klimageschichte Islands (1961) og The stratigraphy of Tjörnes, N-Iceland and the History of Bering Land Bridge sem Þorleifur skrifaði ásamt tveimur bandarískum jarðfræðingum (Hopkins & Doell).