主要从事极端环境地貌分选演变、复杂生态系统、自组织理论、生物地貌复杂系统及其实验的多学科交叉研究，研究内容包括但不限于：

（1）理论生态学

（2）相分离理论

（3）类地行星表面演化

（4）生物地貌复杂系统

近年来以理论模型为主，综合应用种群生态学、动力学方程、统计物理学等方法，对滨海盐沼湿地生态系统和冰缘冻土地貌分选的空间自组织斑图形成机制及其功能进行了系列研究。得益于具备生态学、应用数学和化学等多学科交叉的背景，近年来基于自组织理论对生态系统和地貌系统的“斑图”形成问题进行了探索，成果在国际一流期刊发表50余篇论文，包括PNAS（5篇）、Science Advances （3篇）、Nature Communications、Ecology Letters、Physics Life Review、Proceedings of Royal Society B（2篇）、Journal of Applied Ecology等国际著名期刊。被国际同行引用2000余次，引用杂志包括Science, Nature, PNAS, Phys. Rev. Lett., Ann. Rev. Ecol. and Evol.等国际著名杂志; 引用学者包括美国科学院生态学Simon Levin院士, 物理学Michael Cates院士, Sharon C. Glotzer院士, Nigel Goldenfeld院士, 欧洲科学院士和匈牙利科学院Tamas Vicsek院士等。研究成果被《Scientific American》、《Science News》、《LiveScience》、《Smithsonian Magazine》、《NewScientist》、《中国科学报》等50多家国内外科普媒体报道。