徐立平从事计算有机化学、物理有机化学的基础研究，针对如何理解复杂有机反应机制和区域选择性、手性选择性起源等基本科学问题，采用量子力学、分子动力学、机器学习等方法及能量分解、轨道和弱相互作用分析等手段，并与实验紧密结合开展系统性工作，为优化设计更高效绿色新反应、降低污染能耗和碳排放以及推动合成化学“智能化”提供理论基础。