赵国屏早期从事微生物生理生化、代谢调控及酶作用机理的研究。1998年起，领导建立基因组学研究平台及体系，参与人类疾病基因组研究工作，克隆若干人类遗传病致病基因。启动生物芯片、生物信息学、蛋白质组学的研究工作；参与建立人类HapMap研究技术平台。启动中国微生物基因组测序工作并主持若干重要微生物的基因组、功能基因组、比较和进化基因组研究工作。赵国屏积极开拓系统合成生物学研究领域，在微生物代谢调控、包括代谢酶翻译后乙酰化修饰研究方面，做出开创性工作。  赵国屏于1998年领衔中科院人类基因组重大研究项目；2001年—2003年，他完成乳光牙致病基因克隆和问号钩端螺旋体全基因组测序；2003年—2005年，他揭示“非典”SARS冠状病毒进化机理；2010年，他揭示代谢酶“乙酰化组”是生物体中普遍存在的全局调控机制；2018年，他研发出一批细胞工厂并构建首例“单染色体啤酒酵母”。