能源高效利用及节能理论，储能科学与新技术，太阳能高效综合利用，综合能源系统，制冷与空调技术，燃料电池，强化换热新技术（含电子器件冷却技术）及其能源热管理，航天航空中的热流科学研究，流动与传热的数值预测原理及其应用。

中国科学院院士，工程热物理专家，第十九届、二十届中央委员会候补委员，西安交通大学学术委员会主任，西安交大国家储能技术产教融合创新平台（中心）主任，西安交通大学热科学与工程国际合作联合实验室主任。兼任中国科学院技术科学部常务委员会副主任，教育部高等学校能源动力类专业教指委主任，国务院学位委员会学科（动力工程及工程热物理）召集人，教育部科技委学部副主任，中国制冷学会理事长，中国工程热物理学会副理事长，中国动力工程学会副理事长等。担任SCIENCE CHINA Technological Sciences 主编、Applied Thermal Engineering等多个国际期刊的副主编或编委。

国家杰青，国家级教学名师，国家级领军人才，全国优秀博士学位论文指导教师，全国首届杰出教学奖获得者；国家973项目首席科学家，国家自然科学基金创新群体负责人，教育部创新团队负责人，国家外专局/教育部热流科学创新引智基地计划负责人，国家首批优秀教学团队负责人。

作为主持人或主要研究者先后承担：国家重点基础研究（973首席科学家）、国家重点研发计划、国防973、国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金群体及重点、教育部重大科技项目、国际合作等科研项目。

长期从事能源科学与工程、储能、工程热物理及新能源开发和利用方面的基础研究及重大工程技术创新研究，研究成果在能源、航天和化工等领域得到广泛应用，取得了显著社会和经济效益。出版中英文著作和教材多部，获授权发明专利100余件，软件著作权40余件，论著和成果被引45000余次，是“全球高被引科学家”（入选全球前1‰顶尖科学家榜单）等。获何梁何利科学与技术进步奖，国家科学技术进步奖一等奖（创新团队奖）1项，国家自然科学二等奖2项，国家技术发明二等奖1项，省部级科技一等奖3项；国家级教学成果一等奖3项、二等奖2项。

在教学、人才培养和队伍建设方面，培养研究生百余人获博士或硕士学位，许多毕业生已成为本领域内的杰出人才。