Prof. Santolík v roce 1990 vystudoval s vyznamenáním Matematicko-fyzikální fakultu Univerzity Karlovy. Zde v roce 1995 obhájil též svou doktorskou disertační práci v oboru fyzika plazmatu a ionizovaných prostředí. V témže roce obhájil s nejvyšším oceněním i doktorát z fyziky na Orléanské univerzitě ve Francii. V letech 1999–2001 pracoval jako postdoktorand v Orléans a jako Fulbright Scholar na University of Iowa. V roce 2007 pracoval jako hostující profesor na Orléanské univerzitě poté, co se v roce 2004 se habilitoval na Univerzitě Karlově. V roce 2014 byl jmenován profesorem.

V současné době je vedoucím oddělení kosmické fyziky Ústavu fyziky atmosféry AVČR a předsedou Rady ústavu. Nadále pedagogicky působí na Matematicko-fyzikální fakultě Univerzity Karlovy, vede studentské práce a je členem Rady doktorského studijního oboru Fyzika plazmatu a ionizovaných prostředí.

Věnuje se fyzice kosmického plazmatu se zaměřením na jeho experimentální výzkum pomocí družicových měření. Soustřeďuje se zejména na výzkum vln v plazmatu. Mezi oblasti jeho zájmu patří vlnové emise v magnetosféře Země a planet sluneční soustavy a jejich interakce s plazmatem a energetickými částicemi.

Je členem mezinárodních týmů několika probíhajících kosmických projektů evropské kosmické agentury ESA a americké NASA, vede též přípravu nových vědeckých přístrojů pro měření na družicích v magnetosféře Země, na sondě k ledovým měsícům Jupiteru a na sondě, která má přistát na povrchu Marsu. Je aktivní v mezinárodních vědeckých organizacích a je členem vědecké poradní struktury ESA. Je autorem nebo spoluautorem 240 recenzovaných článků ve vědeckých časopisech s 4500 citacemi a h-indexem 37. V roce 2014 obdržel Akademickou prémii AV ČR.