主要從事等離激元光子學、分子光譜和納米光學的研究。發現成對金屬納米顆粒在光場作用下能夠在其納米間隙中產生巨大的電磁場增強效應，是單分子表面增強拉曼光譜的原因，也是其它基于納米間隙效應研究的物理基礎；提出了等離激元光學力和單分子捕獲、表面增強拉曼與表面增強熒光統一的理論，發現表面增強光譜的納米天線效應，研發了針尖增強拉曼光譜系統，實現等離激元催化反應。發現納米波導等離激元的激發、傳播、發射、與激子相互作用的物理機理和調控機制；在納米波導網絡中實現光子路由器、完備的光邏輯、半加器和光邏輯的級聯。

在國際著名科學雜志發表論文300余篇，被SCI雜志引用24600余次，單篇引用超過1000次的4篇，單篇引用超過100次的57篇，h因子74。作為首席科學家或項目負責人主持了科技部重大科學研究計劃項目、國家自然科學基金重點項目、國家重點研發計劃項目、中國科學院知識創新工程重要方向項目等多項科研項目。他已作國際會議邀請報告60余次；作為會議主席組織了十余次國際著名學術會議，擔任多個重要國際學術會議的指導委員會或程序委員會委員；曾任Nanoscale和Optics?Express副主編，任National?Science?Review、Nanophotonics、Frontiers?of?Physics等期刊編委；2014-2022年連續入選Elsevier發布的中國高被引學者榜；受邀撰寫邀請綜述十余篇，包括Chemical?Reviews、Materials?Today等，受邀出版專著《Nanophotonics:?Manipulating?Light?with?Plasmons》。