蔡荣根主要从事引力理论和宇宙学研究。提出了Gauss-Bonnet拓扑黑洞解，该解被国际同行称为Boulware-Deser-Cai黑洞解，在引力性质研究方面具有广泛的应用。提出了拓扑德西特时空，证明了渐近德西特时空的视界熵满足共形场论的Cardy-Verlinde公式。从热力学第一定律推导出了描述宇宙动力学的Friedmann 方程，证明了宇宙视界具有霍金辐射，相关温度被国际同行称为Cai-Kim 温度。