温东辉科研小组的研究主题是基于水环境质量控制的微生物学理论与技术。在工程技术方面，结合当前我国水污染控制的重大需求，开展流域内多种分散点源、面源、河流污染及湖泊富营养化控制的试验研究，重点是水体营养性物质的削减技术、再生水的水质安全保障技术；开展难降解工业废水处理的试验研究，重点是生物强化技术、排水的生态安全保障技术。研究涉及工艺设计、技术优化、水质监测、环境毒理等多学科方法的交叉。