长期从事相对论量子化学理论、方法、算法研究与程序开发，在相对论电子结构理论、强相关多体理论、含时密度泛函理论、相对论磁性质理论、相对论能带理论等方面取得了一系列具有原始创新性的研究成果:（1）提出了一个有效量子电动力学方程eQED，在理论上打通了量子电动力学与相对论量子化学这两大子领域的界限，建立起连续完整的相对论分子量子力学；（2）提出了一个全新的精确二分量相对论量子力学方程X2C。该方程不仅简单、精确、效率高，而且是联系Dirac方程与Schrödinger方程的无缝桥梁；（3）提出了系列自旋分离的精确二分量相对论哈密顿量sf-X2C+soc-DKHn/X2Cn/BSSn，进而建立起一个连续完整的“哈密顿量梯子”；（4）针对强相关体系，提出了“先静态再动态又静态”的多电子波函数构造方案及系列算法（SDSPT2、SDSCI、iCI）；（5）系统发展了相对论、自旋匹配、非绝热耦合、线性标度含时密度泛函理论，为研究发光材料的物理机制开辟了新的路径；（6）提出了全新的核磁共振（NMR）相对论理论，解决了该领域长达40余年悬而未决的重大难题，使该领域的研究前进了一大步；（7）提出了核自旋-转动（NSR）的严格相对论理论，并建立了NMR与实验NSR之间的“相对论映射关系”，填补了该领域长达60余年的空白；（8）发展了精确二分量相对论能带理论；（9）提出了一个大矩阵部分对角化方法iVI。该方法不仅能得到外部解，而且能直接得到内部解；（10）发展了具有完全自主知识产权的量子化学计算软件包BDF（Beijing Density Functional）。