汪集旸在大地热流研究中，对中国集近千个数据分析，提出“东高西低”、“南高北低”的热流分布图式，并成图；对全球两万四千余大地热流数据分析，指出中国所在地北半球为“冷”半球，南半球为“热”半球，与之相对应的大西洋半球（“海”半球）为“热”半球，太平洋半球（“陆”半球）为“冷”半球，地球热场分布极不均匀。在岩石圈热结构研究中，对华北地区提出了岩石圈热结构模式，并恢复了中新生代热演化史；通过对攀西裂谷研究，确定其为中国第一个“热流省”；对东南沿海的研究，用大量事实证明，被誉为理论地热学三大定律之一的“热流（G）—生热率（A）线性相关律”不成立的新观点，并将中国大陆岩石圈热结构划分为五种类型，指出华北为“冷”壳“热”慢型的。在应用地热研究方面，对中国地热资源分布规律及资源潜力评价进行了深入研究；在福建、广东工作的基础上提出了“中低温对流型地热系统”概念；对矿山地热深入研究，提出中国矿山地温类型划分方案，以及矿区深部地温预测和灾害防治措施；对油田地热研究，阐释了中国不同类型含油气盆地的构造—热背景及其相应的油气资源潜力，并依其温压条件对南海天然气水合物进行了预测，指出稳定带的分布及其厚度。