长期从事海底地质科学与海底探测工程技术研究，拓展了海底科学海洋维权应用的新领域，系统开展了划界地质学和深海热液硫化物找矿的技术理论研究，在中国大陆架划界工程和国际海底硫化物圈矿工程中做出了重要贡献。

1、系统开展中国边缘海地质研究，发展完善动力学演化理论知识

李家彪作为“中国边缘海的形成演化及重大资源的关键问题（2000－2005）”和“南海大陆边缘动力学及油气资源潜力（2007－2011）”两轮973项目首席科学家，针对东海、南海两类不同动力（汇聚和离散）控制的边缘海系统开展了形成演化及其动力机制等基础问题研究，在揭示中国边缘海岩石圈结构与地壳性质、海盆扩张与俯冲碰撞、中生代俯冲带与海相残留盆地、大陆边缘动力过程与油气资源分布等基础前沿方向上取得重要创新成果。建立了南海新生代渐进式扩张、大陆边缘共轭演化和俯冲带增生楔构造响应等动力模式，发展了基于多波束高分辨率地貌成像的海底构造分析新方法。出版了《中国边缘海形成演化与资源效应》、《东海区域地质》、《中国区域海洋学：海洋地质学》和《南海海洋图集：地质地球物理》等4部专著和图集，主编了5部边缘海形成演化系列研究论文集。推动了中菲越南海联合科考JOMSR-SCS计划、中印尼南海地球动力学联合观测计划、两岸南海海底地震仪三维联合探测和中德南海大陆边缘演化模式研究的RISE计划。

2、实现海底科学和海洋法学的交叉研究，创建中国大陆架划界技术理论体系

李家彪作为中国大陆架划界国家专项首席科学家，针对《联合国海洋法公约》相关条款和大陆边缘演化特征开展跨领域的交叉联合研究，在系统分析世界划界案例基础上，围绕“典型大陆边缘地质特征与划界法规适用性”这一关键科学问题，将现代大陆边缘理论与海底探测技术相结合，建立了涵盖全球典型大陆边缘的3类划界地质模型及其适用条件，创建了外大陆架划界技术体系。联合创办了中国主导的大陆架划界国际高峰论坛——大陆架与区域制度的科学与法律问题国际研讨会，连续4届会议实现了联合国划界相关三大机构及国际著名科学家和法律专家的跨领域对话和理论探讨，推动了国际划界理论与实践的发展。

3、推动中国大洋中脊调查研究的跨越发展，实现国际海底硫化物找矿的重大突破

2005年起李家彪担任中国大洋中脊综合调查研究首席科学家，通过全球洋中脊科学调查，推动了中国在洋中脊研究领域的起步和发展，实现了中国洋中脊调查研究与国际洋中脊科学计划的有机结合。主持完成了全球首次西南印度洋中脊OBS三维地震探测，第一次获得超慢速洋中脊地壳与上地幔三维速度结构，获取了超厚地壳、活动岩浆房和基底拆离断层存在的关键证据，构建了首个硫化物资源全球数据库，深化了资源分布规律的认识，有力支撑了西南印度洋中国硫化物矿区选区和申请工作，使中国成为第一个向联合国国际海底管理局提交此类矿种申请的国家。

4、促进多波束测深技术的应用和发展，建立完善中国海洋调查的技术标准体系

李家彪率先在中国开展多波束探测技术方法学的研究，通过20多年海上实践积累和方法理论研究，建立了基于多传感器和多环境影响的误差控制的勘测方法，研发了具有中国自主知识产权的多波束数据处理与成图系统，解决了海量数据自动滤波稳健算法和广角度声线折射改正技术等多项难题，形成了从调查标准、数据处理到规范成图的系统性成果。出版了该领域中国首部多波束勘测技术理论专著《多波束勘测原理、技术与方法》，已被广泛用作高校研究生教材，制订了首部多波束调查国家标准于2007年颁布实施。面向21世纪现代海洋调查新技术的发展，主持编制的《海洋调查规范》国家标准由11个基础标准组成，实现了传统技术向现代技术的发展，指导了相关国家和行业标准的制订，已在海洋各领域广泛应用。2014年倡导成立的ISO海洋技术分委会获得成功，担任首届主席，成为中国海洋技术标准化工作走向世界的标志性事件之一。