伍小平着重全息、散斑、云纹等光电图象检测的理论技术和在工程中的应用，以及基于同步辐射等技术的细观材料力学行为的研究等；在实验理论方面，率先对激光散斑空间运动规律进行了系统化的理论研究，纠正了原有理论的错误，给出了严格的分析和公式；在测试技术方面，创新地发展了光学方法及图象处理相结合的各种测试技术，提出了用散斑干涉做非接触式随机振动和冲击测量的新技术；首次获得了构件运动的多点时间历程信息；领导并组织实施了“先进工程材料的力学行为和材料设计”新学科的建设。