采用实验研究与建模分析的方法，研究血流动力学、肌骨系统生物力学机理，研究植介入体与宿主组织间的相互作用。研究力学信号在干细胞、血管内皮、血管平滑肌、神经细胞以及口腔细胞等方面的生物学效应及分子机制研究。

植介入医疗器械与宿主组织的相互作用。研究植介入体对周围骨、软骨和韧带，血管等宿主组织的影响及其相互作用，探索宿主组织改建和植入物降解相互耦合的作用规律；建立植介入体与组织相互作用、周围组织改重建的仿真与实验方法，分析应力/应变分布规律。

血流动力学。通过对动脉粥样硬化局部性现象的深入研究，率先提出了致动脉粥样性脂质的浓度极化理论，该理论被大量后续研究工作证实，并得到越来越多科学界同行的关注。系统研究了人体动脉系统中旋动流现象，初步证实该流态对动脉血管具有非常重要的保护作用、其生理意义不容忽视。研究了将旋动原理应用于心血管介入治疗以及介入器械设计的可行性，以提高治疗效果。

肌骨系统生物力学。通过对啄木鸟啄木过程及头骨力学性能和微观结构进行系统观察与分析，成功揭示了啄木鸟抗击高强度冲击的生物力学机理，有助于交通事故、航空救生等领域人体头部冲击性损伤机制的认识及防护。通过对膝关节的生物力学原理进行研究，揭示了膝关节损伤的力学机制，可为膝关节外科手术的改进和评价提供理论依据。对口腔种植体植入后的生物力学环境进行了研究，为口腔种植手术的临床结果预测和手术方案的规划提供了理论依据。

动脉血管生物反应器。开发了人体心血管循环系统模拟装置和一种骨骼/软骨组织工程生物反应器，成功用于人体植介入物与人体组织间相互作用的研究、用于细胞（如心肌，血管，骨和软骨细胞）对机械应力响应的研究。

力生物学效应及分子机制。研究细胞表面糖萼结构的力传导机制；力学加载对大鼠骨髓间充质干细胞分化的影响；不同血液流型对内皮细胞的影响；剪切力作用于内皮细胞的表观遗传学作用机制；应力对血管平滑肌离子通道的影响及在细胞功能变化中的作用；应力对中枢神经损伤的作用机制及牵张对神经轴突导向生长的分子作用机制；应力对牙周膜细胞基质改建的影响及分子机制；应力对角膜成纤维细胞生物学行为的影响及分子机制。