主要研究领域为人工智能、智能成像和智能计算的基础理论和关键技术创新，长期致力于该研究领域的理论和关键技术创新，发表《自然》、《科学》和《细胞》等百余篇论文，在人工智能领域培养了一批人才。2012年曾获国家技术发明一等奖，率领团队研制的太极光计算芯片获2024年半导体十大进展，介观显微仪器RUSH3D获2024年中国科技十大进展。目前承担国家基金委“认知计算”科学中心项目。