Fils d’Émile Fontaine, instituteur, et de son épouse Léa Vadier, il fait ses études au lycée Henri-IV puis à la faculté de sciences et de pharmacie de Paris, avant de passer son doctorat ès sciences biologiques en 1930. L’année suivante, il est préparateur, puis assistant (1932) à la Sorbonne. En 1935 il est chargé de recherches à la Caisse nationale des sciences. Démobilisé à la défaite de 1940 en tant que pharmacien, il devient en 1941 chef de travaux à la Sorbonne, chargé du cours de physiologie comparée à la Faculté des sciences de Paris et maître de conférences à la Faculté de pharmacie de Paris. Il se spécialise dans l’étude des hormones et des influx nerveux chez les poissons, ce qui le rapproche de l’océanographie dont il fait son champ d'études. Il est parmi les premiers à préconiser, pour « "éviter de vider l’océan de ses ressources halieutiques" », le passage de la pêche à l’aquaculture, « "équivalent du passage, à terre, de la chasse et de la cueillette à l’agriculture, il y a déjà des millénaires" ».