主要围绕非常规能源资源（页岩气、页岩油、深层增强型地热系统、超稠油热采）开采技术、CO2地质封存与利用技术（CO2强化页岩油气开采、CO2增强型地热系统、CO2超稠油热采）以及航空航天热防护领域所涉及到的热物理现象及相关的基础理论与技术开展科学研究。
主要从事工程热物理领域中微/纳多孔结构及超临界压力条件下流动与热质传递理论及应用研究。研究关注深入认识微纳尺度和/或超临界压力条件下多孔介质内的流体输运和热质传递机理：如微纳多孔中速度滑移、温度跳跃、努森扩散等对于流动和热质传递的影响机理；超临界压力条件下单相以及两相输运和换热规律。同时，将基础问题的研究成果应用于非常规能源资源开发、CO2地质封存与利用、强化换热、航天热防护等相关问题中。
研究方法包括高压可视化实验、数值模拟和理论分析：如在线核磁共振成像的岩心驱替实验系统、微观模型显微成像实验系统、MD、LBM、CFD数值模拟方法等。