吴培亨在探索有关物理过程的基本规律、发展新型的超导电子器件、推动超导电子器件的实际应用等领域开展研究工作，取得的主要成就涉及高温超导体内的隧道过程多种低温和高温超导结的制备、表征、高频特性与应用超导混频器和高灵敏接收机、频率精密计量、高精度高频信号源高温超导薄膜的制备、加工、性能优化等方面。2023年5月，南京大学电子科学与工程学院吴培亨院士团队张蜡宝教授等，研制出具有高时间精度的超导纳米线X射线单光子探测器。