吕德生教授在生物科学和肿瘤研究领域有较深造诣，已获得多项原创性研究成果，1997年，鉴定了第一个原核生物的锌转运蛋白；2001年，发现雌激素相关受体能够调控乳腺癌标记基因PS2的表达，并进一步鉴定雌激素相关受体是一个乳腺癌的治疗靶点； 2004年，首次发现Wnt信号通路在慢性淋巴细胞白血病中被激活。该项工作揭示了Wnt信号通路在慢性淋巴细胞白血病中的重要性，目前Wnt信号通路已经被作为重要的治疗靶点，以研发治疗慢性淋巴细胞白血病的新药；2011年，首次鉴定第一个肿瘤干细胞抑制剂盐霉素（Salinomycin）杀灭肿瘤干细胞的分子机理。这项工作被顶级科学杂志Nature Medicine选作研究亮点（Highlight）加以介绍。2016年，首次报道灵菌红素通过阻断Wnt信号通路，抑制肿瘤的生长；2018年，首次揭示了佛波酯TPA激活Wnt/β-catenin信号通路，诱导肿瘤形成的新颖机理。2019年，鉴定了盐霉素抑制结直肠癌干细胞的新颖机理; 2020年，发现含硫金属铱配合物通过靶向Wnt/β-catenin信号通路，表现出明显的拮抗乳腺癌和乳腺癌干细胞的活性。