主要研究方向为太阳物理。主持设计和研制了我国第一座太阳塔，创建了太阳塔实验室。主持国家级各类项目和课题以及国际合作项目20余项，先后在国内外学术期刊上发表论文270篇，在耀斑大气演化、耀斑动力学模型和谱线不对称性，白光耀斑、日珥、黑子、微耀斑和埃勒曼炸弹等的半经验模型，耀斑时氢的非热电离和激发效应和光谱诊断耀斑非热过程，太阳大气低层的磁重联等许多方面取得重要成果。与合作者撰写专著一部，曾任大辞海（天文学部分）分科主编，并多次参与《辞海》、《天文学名词》等的编辑。应邀在国内外各种学术会议上报告数十次。1985获国家科技进步二等奖、1995年获国家教委科技进步奖一等奖、1997年获国家自然科学三等奖、2004年获教育部提名国家科学技术奖自然科学一等奖、2004年获何梁何利基金奖。1998被评为全国教育系统劳动模范，并被授予全国模范教师的称号。2008年获得法国巴黎天文台名誉博士荣誉称号，成为历史上第一位获此荣誉的中国科学家。为表彰其贡献，国际编号为185538号小行星被命名为“方成星”。

　　长期在天体物理领域内从事教学与研究工作，主要研究伽码射线源、脉冲星和中子星、超新星遗迹等，是我国高能天体物理研究的先驱者之一，为高能天体物理学在我国的发展作出了重要贡献。1992年担任攀登计划项目《天体激烈活动的多波段观测与研究》首席科学家。著有《普通天文教程》,《恒星大气物理》等著作，并在国内外期刊上发表学术论文70余篇。参与的科研项目“高能天体的研究”获1985年国家教委科技进步奖二等奖，“超新星遗迹和中子星的研究”获1987年国家自然科学三等奖，“超新星爆发的产物及其前身星的研究”获1998年教育部科技进步一等奖和1999年国家自然科学三等奖。《恒星大气物理》获1995年普通高等学校优秀教材一等奖和1997年国家级教学成果奖二等奖。

　　主要研究领域为“大望远镜”。 在望远镜光学的研究中，提出了多项新的思想和光学系统。提出一系列新的折轴系统和透棱镜改正器。和王亚男共同建立了一个特殊的光学系统优化程序。领导研制成中国第一个Lyot双折射滤光器。 提出了应用主动光学产生按传统概念不能实现的面形变化的光学系统的思想, 领导研制成中国第一个主动光学实验系统。和王绶琯共同提出了大天区面积多目标光纤光谱望远镜(LAMOST)的初步方案，作为国家大科学工程之一, 现已研制成功。发表论文70篇。 苏定强院士曾获国家科技进步奖一等奖一次，国家自然科学奖二等奖一次，中国科学院奖四次，均为第一获奖人。1999年获何梁何利科技进步奖。为表彰其贡献，国际永久编号第19366号小行星被正式命名为“苏定强星”。

主要研究领域为天体力学和非线性动力学，迄今已在国内外重要刊物发表论文90余篇，出版专著两本，主编专著二部，主编国际学术会议论文集两部。主要学术成果包括：与合作者一起，证明了三体问题椭圆Euler特解对应惯量矩的最大下界便是所有有界运动惯量矩的最大下界这一重大结论；对给定的三体位置，解决了三体轨道形状和空间位置的变化范围问题。首先发现保守系统中近可积三维保体积映射存在充分多的二维不变环面,之后与合作者一起给此结果以严格的数学证明。由此结果可以否定两个著名的猜测：保守系统的拟遍历猜测和Pesin的正Lyapunov指数的猜测。该成果获得国际一流学者的重视和引用，在非线性动力学及流体力学等领域，产生了深远影响。自1978年以来，获国家自然科学二等奖一次，中国高校科学技术（自然科学）一等奖一次、江苏省重大科技成果一等奖一次、国家教育部科技进步二等奖四次、何梁何利基金科学与技术进步奖和第二届中国出版政府奖图书奖等表彰与奖励。国际天文学联合会将国际编号为185640号小行星，命名为“孙义燧星”。