Старший научный сотрудник Отдела геоботаники БИН, доктор биологических наук. В институте работает с 1956 г.

А. И. Толмачев начал свою трудовую деятельность с лета 1919 г., сначала в качестве нештатного разборщика гербария, а потом как практикант и препаратор в Гербарии Ботанического сада (ныне БИН РАН).

Начиная с 1920 года, участвовал в ряде экспедиций на Север: 1920 — Белое море, 1921 и 1925 г.- о. Вайгач и ближайшее к нему побережье. К этому периоду относится опубликование им первых работ по флоре Севера. В 1923 г. выехал на Новую Землю для участия в постройке радиостанции Маточкин Шар, где остался на зимовку, которая была первой зимовкой советского ботаника в Арктике. С этого времени окончательно определилось основное направление его работ как исследователя флоры Арктики. В дальнейшем. А. И. Толмачев посетил целый ряд арктических районов: о. Колгуев (1925), низовья Енисея и Гыданская тундра (1926), Мурман и Новая Земля (1927), заенисейская лесотундра и центральная часть Таймыра (1926-1929 г.г..), низовья Печоры (1930), низовья Енисея и заенисейская лесотундра (1932), бассейн Печоры (1933), низовья Печоры и о. Вайгач (1934), западная окраина Большеземельской тундры (1935), в новейшее время - низовья рр. Лены в Оленека (1956), восточная окраина Большеземельской тундры (1956).

В результате этих экспедиций А .К . Толмачевым собраны обширные материалы и написаны многочисленные научные работы по флоре, растительности и географии Арктики. С 1934 по 1939 г. А .И. Толмачёв работал на постоянной работе на Севере - в Бюро Полярной комиссии по изучению Северного края, а затем в Северной базе Академии Наук СССР. За это время А.И. Толмачев написал ряд работ,связанных с развитием сельского хозяйства на Севере, а также труды общетеоретического характера ("Об условиях существования третичных флор Арктики", *О количественной характеристике флор и флористических областей", "О некоторых закономерностях распределения растительных сообществ в Арктике" и др.). После кратковременного выезда на Дальний Восток, для организационной работы в Дальневосточном филиале АН СССР (02-07.1939), А. И. Толмачёв с 1942 года снова работает на Севере (Архангельск и Сыктывкар).

В 1942-1947 гг. А. И. Толмачев работает в Таджикистане, где , кроме руководящей работы в Таджикском филиале АН СССР, энергично занимается флористическими и ботанико-географическими исследованиями. В результате этих исследований А. И. Толмачев опубликовал ряд работ по высокогорной флоре Таджикистана и вообще высокогорий. С осени 1947 г. по декабрь 1955 г. А .И . Толмачев работал на Сахалине.За восьмилетний период исследований Сахалина его работы охватили многообразный круг вопросов флористики, ботанической географии, истории флоры, изучения растительных ресурсов этой отдаленней окраины Советского Союза. За время пребывания на Сахалине, кроме работ специально связанных о флорой и растительностью этого острова, А .И . Толмачев написал крупную монографию "К истории возникновения и развития темнохвойной тайги”, а также ряд статей по проблеме вида, общим вопросам палеоботаники и палеобиогеографии.

С 1956 г. А .И . Толмачев был переведен Президиумом АН СССР в Ботанический институт АН СССР для работы по арктической флоре СССР. Таким образом, обширных крут научных интересов А. И. Толмачева, его широкая общебиологическая эрудиция, а также прекрасное знание флоры я растительности тайги, высокогорий и Арктики ставит его в ряд выдающихся флористов и ботанико-географов нашей страны. Работы А. И. Толмачева широко известны не только ботаникам СССР, но и за пределами нашей страны. А.И.Толмачёв принимал активное участие в теоретической работе Института, выступая с докладами на научных семинарах, съездах и конференциях,а также активно участвуя в общеинститутском семинаре по проблемам философии биологии. А .И . Толмачев активно участвовал в общественной работе, являясь членом Совета и председателем Секции флоры и растительности Всесоюзного ботанического общества, членом Совета Всесоюзного палеонтологического общества. В 1945 году Президиумом Верховного Совета Таджикской ССР А.И. Толмачеву присвоено звание заслуженного деятеля науки Таджикской ССР. А .И . Толмачев награжден медалью ”3а доблестный труд в Великой отечественной войне" и медалью ”3а трудовую доблесть”.