Ավարտել է Պետերբուրգի ռազմաբժշկական ակադեմիան (1904): 1907-20 թթ-ին աշխատել է Պետրոգրադի փորձառական բժշկագիտության ինստիտուտում: 1909-11 թթ-ին գործուղվել է արտասահման, աշխատել Անգլիայի, Գերմանիայի խոշորագույն ֆիզիոլոգիական լաբորատորիաներում և Նեապոլի ծովային կենսաբանական կայանում: 1918-57-ին ղեկավարել է Պ. Ֆ. Լեսգաֆտի անվան ինստիտուտի ֆիզիոլոգիայի լաբորատորիան, 1920-31-ին եղել է Լենինգրադի 1-ին բժշկական ինստիտուտի պրոֆեսոր, 1925-50-ին` Ս. Մ. Կիրովի անվան ռազմաբժշկական ակադեմիայի ֆիզիոլոգիայի ամբիոնի պետ, նույն ակադեմիայի պետ (1943-50), ԽՍՀՄ ԳԱ Պավլովի անվան ֆիզիոլոգիայի ինստիտուտի տնօրեն (1936-50), ԽՍՀՄ ԲԳԱ Պավլովի անվան էվոլյուցիոն ֆիզիոլոգիայի և բարձրագույն նյարդային գործունեության ախտաբանության ինստիտուտի դիրեկտոր (1939-50), ԽՍՀՄ ԳԱ կենսաբանական գիտությունների բաժանմունքի ակադեմիկոս քարտուղար (1939-48), փոխնախագահ (1942-46): 1956 թ-ին կազմակերպել և ղեկավարել է ԽՍՀՄ ԳԱ Ի. Մ. Սեչենովի անվան էվոլյուցիոն ֆիզիոլոգիայի ինստիտուտը: Օրբելին Իվան Պավլովի մերձավորագույն աշակերտն ու աշխատակիցն էր, և նրա մահից (1937) հետո եղել է նրա անվան ֆիզիոլոգիական համամիութենական ընկերության կենտրոնական վարչության նախագահը:

 

Օրբելու աշխատանքները հիմնարար ներդրում են ֆիզիոլոգիայի տարբեր բաժինների զարգացման գործում և ունեն համաշխարհային ճանաչում: Զարգացնելով բարձրագույն նյարդային գործունեության մասին Պավլովի ուսմունքը, նա ցույց տվեց, որ պայմանական ռեֆլեքսների մշակման գործընթացը կարող է բացատրել ֆիզիոլոգիական ֆունկցիաների համադասեցման զարգացման ընթացքը: Նույն էվոլյուցիոն մոտեցումը նկատվում է նաև նրա` մարդու, առանձնապես՝ երեխաների, բարձրագույն նյարդային գործունեությանը վերաբերող աշխատանքներում: Ֆունկցիաների համադասեցման մասին Օրբելու ստեղծած ուսմունքից էլ սկիզբ են առել հետագայում նրա ստեղծած գիտական ուղղությունները էվոլյուցիոն ֆիզիոլոգիայի և վեգետատիվ նյարդային համակարգի ֆիզիոլոգիայի բնագավառներում:

 

Օրբելին, լինելով ֆիզիոլոգիայում էվոլյուցիոն ուղղության հիմնադիրը, ձևակերպել է այդ ուղղության մեթոդներն ու խնդիրները, որոնք պարզաբանում են կենդանի օրգանիզմների ֆունկցիաների զարգացման ողջ պատմությունը` կապված արտաքին և ներքին միջավայրերի շարժուն փոխանակության հետ: Օրբելու մշակած էվոլյուցիոն ֆիզիոլոգիայի սկզբունքները, որպես հզոր հետազոտական միջոց, լայնորեն կիրառվում են ժամանակակից հետազոտություններում: Օրբելին նշանակալի աշխատանքներ է կատարել ուղեղիկի ֆիզիոլոգիայի բնագավառում, ցույց տվել, որ օրգանիզմի ռեֆլեքտոր գործունեության համընդհանուր կարգավորումն իրագործվում է հիմնականում այդ օրգանի արգելակիչ ֆունկցիայի շնորհիվ: 1930-ական թվականներից Օրբելին լայն հետազոտություններ է կատարել ստորջրյա և ավիացիոն ֆիզիոլոգիայի բնագավառներում, որոնք անմիջականորեն կապվում էին ոչ միայն տեսական, այլև գործնական, այդ թվում նաև ռազմական, խնդիրների հետ:

 

Օրբելին հիմնավորել է ողնուղեղային կոորդինացիաների դինամիկության տեսությունը, բազմաթիվ կարևոր ընդհանրացումներ կատարել բարձրագույն նյարդային գործունեության ֆիզիոլոգիայի բնագավառում: Նրա ղեկավարությամբ հիմնարար հետազոտություններ են կատարվել զգայարանների ֆիզիոլոգիայի, հարմարվողականության պրոցեսների, աֆերենտ համակարգերի փոխներգործությունների բնագավառներում ևն:

Օրբելին ստեղծել է ֆիզիոլոգիական ամենաընդարձակ դպրոցներից մեկը: Նա կարևոր ավանդ ունի Հայաստանում ֆիզիոլոգիայի զարգացման գործում: Նրա անունով է կոչվում ՀՀ ԳԱ ֆիզիոլոգիայի ինստիտուտը:

  -