赵玉芬发现了磷酰化氨基酸能同时生成核酸及蛋白，又能形成LB-膜及脂质体，提出了磷酰化氨基酸是生命进化的最小系统；发现了酰胺-核苷酸可以调控氨基酸成肽量，提出酰胺-核苷酸是生命出现之前的遗传密码调控肽合成的早期形式；发现真核生物体内存在大量的N-磷酸化蛋白，这些蛋白涉及到众多生理病理过程，为新药开发提供了一个新的思路；发现了丝组二肽可以切割DNA、RNA和蛋白质，切割机理与生物化学中磷酸二酯键的水解类似；发明了合成丙谷二肽的新方法，并获专利授权，已实现产业化，获得原料药及制剂的新药证书；发明了合成抗癌药三尖杉酯碱母核的新方法；利用质谱技术研究了一系列磷酰化氨基酸、磷酰化小肽的裂解及重排规律，进行了蛋白质的序列分析以及生物大分子和有机小分子之间弱相互作用的研究。