长期从事药理学研究，聚焦于前沿药物开发领域核心赛道膜受体GPCR：提出配/受体-胞内（膜）效应器动态多元互作理论，发现了多个重大疾病中主要激素和代谢物的膜受体，如发现糖皮质激素膜受体GPR97、雄激素膜受体GPR133等，颠覆核受体主导类固醇作用的传统概念，开发出无激素治疗副作用新靶点和治疗老年废用性肌肉萎缩和骨密度增加的先导化合物。发现了平衡觉和听觉受体、解析了GPCR对双键、嗅、痒、酸碱环境的感知机制发现了重要的感觉受体，开发了微尺度生物力激活等新方法，以及平衡觉原位电生理检测体系，揭示力—GPCR—离子通道—即时偶联—新型配/受体—胞膜效应器多元互作模式，开发了增进平衡功能小分子，揭示了嗅觉受体识别气味的多对多的分子机制，发现芳香族氨基酸阵列是膜受体识别碳碳双键编码的普遍规律。创建AI辅助的配体设计等新技术，实现高分辨率偏好性GPCR配体设计，实现"特定通路精准激活"的配体设计，开发出针对精神分裂症等20多种疾病潜在药用价值的活性物质。孙金鹏获全国创新争先奖、谈家桢生命科学创新奖等荣誉，主持新基石研究员和国家杰青连续资助等项目。