杨学明自行设计研制和发展了一系列具有国际领先水平的科学仪器, 并利用这些先进科学仪器在化学反应动力学领域取得了系列性的重要研究成果，他在化学反应量子过渡态以及共振态的系列性研究成果获得了国际学术界的高度关注。杨学明利用新发展的表面科学仪器开展了在单分子水平上表面光解水分子机理的研究，取得了一系列有重要意义的成果，提出了独树一帜的光催化分子动力学模型。杨学明一直高度重视发展先进光源技术，他领导的团队成功研制了中国首个自由电子激光用户装置，为世界提供了一个国际独特且领先的实验科学究平台。中国科学院大连化学物理研究所杨学明院士、肖春雷研究员实验团队联合张东辉院士、张兆军副研究员理论团队通过控制分子化学键方向 ，实现了化学反应的立体动力学精准调控。相关成果2023年1月13日以长文的形式发表于《科学》杂志。