俞昌旋开创了中国等离子体湍流实验研究、等离子体非线性现象实验研究等学科方向，在磁约束等离子体湍流和反常输运、等离子体非线性现象、等离子体诊断等领域取得了多项研究成果。他首次实验证实了湍流雷诺胁强是触发约束模式转换的主要机制，首次观察到了带状流完整的三维特征，实验发现线性欧姆约束等离子体中湍流色散关系与理论预言一致。他最先观察到了无外驱动等离子体向混沌态过渡的三条途径，首次利用小扰动方法实现了对无外驱动等离子体混沌的控制。他在中国国内率先研制了激光相干散射等系列诊断系统，发展了电子速度超高斯分布的汤姆逊散射理论以及考虑波阻尼效应的极小角散射理论。