石耀霖长期从事地球动力学基础研究工作。在地球动力学基础研究中将地质学、地震学及比较行星学有机联系起来，考虑变形、孔隙流体和热传递复杂耦合作用，从而在地球动力学定量化模拟中取得了突出成绩。对青藏高原和喜马拉雅区域地热特征形成机理，特别是印度板块俯冲剪切生热和藏北热松弛作用作了定量化解释。对大别－苏鲁古老超高压变质带和新西兰现今陆壳俯冲带进行了比较研究，指出二维模型局限性，提出了俯冲洋壳携低密度陆壳窄条俯冲到超高压变质深度的三维动力学模型，探讨了P-T-t轨迹形成的控制条件。