李惕碚在中国国内倡议和组织开拓了高能天体物理的实验研究。提出了银河系g射线源的统计模型并获国际共识。建立了寻找超高能天体的计算公式，已成为宇宙线和高能天体物理数据分析的一个标准方法。建立了对象重建的直接解调方法和研究快速变化现象的时域谱方法，获得日益广泛的应用。

李惕碚参加建设云南高山宇宙射线观测站并进行了多年的宇宙线研究。从20世纪70年代开始倡议并组织开拓了中国高能天体物理的实验研究，主持研制球载大型硬X射线望远镜，首次用准直调制望远镜实现了对硬X射线天体的高精度成像。建立了银河γ射线的统计模型，给出银河宇宙线产生高能γ射线的定量估计，指出欧洲天文卫星COS—B发现的宇宙γ射线点源有一半是不真实的，该模型的正确性被其后的观测证实。在实验数据分析方法方面有重要建树：建立了准确处理稀有事例的置信分布方法；导出了估计对象－背景观测可靠性的公式，已在多学科研究中被广泛应用；创立了对象重建的直接解调方法和时变分析的时间尺度谱方法。2000—2015年任中国首颗X射线天文卫星HXMT（慧眼）预先研究、背景型号和工程项目的首席科学家。在宇宙微波背景辐射观测数据分析和宇宙演化模型研究中获得重要成果。

根据2020年7月中国科学院高能物理研究所网站显示，李惕碚在中国国内外学术期刊发表论文数十篇。

2011年10月12日，李惕碚在河北大学主楼302作了题为《挑战权威——探测黑洞和早期宇宙》的学术报告。

2018年6月21日，李惕碚在四川大学物理馆103国际交流厅，做题为《黑洞探测与人工智能：慧眼卫星》的学术报告。

李惕碚认为：“科学就是要解决实际问题，而应对灾害、环境能源、气候变化以及可持续发展等重大问题，需要大力推进自然科学领域的原始创新和突破，才能满足国家、人民的迫切需要。”李惕碚说道。“中国已经进入了建设创新型国家的新的历史时期，对我们的创新能力提出了新的、更高的要求，但是我们的现状还远不能令人满意。”李惕碚指出，要把创新作为一个核心的价值追求，必须改变现有的许多观点。“许多科研人员对于创新的理解还停留在发表SCI文章数量的水平上。然而创新能力并不是由发表文章的影响因子和引用次数来体现的，创新特别是原始创新是由多方面因素所决定的。”在谈及如何实现创新时，李惕碚认为不管从事哪个学科的研究，实践都是最重要的。“创新不会在文献调研中产生。无论是作实验还是现场调研，都要以敏锐的洞察力、认真细致的科学态度，从实际问题中提炼出基本理论问题，再找出解决方法。从实践中提取出创新性研究，将会具有很广泛的应用性，对于解决实际问题会有很大帮助。”

根据2020年7月清华大学物理系网站显示，李惕碚先后开设大学本科《新生研讨课》（清华大学2003秋季学期），研究生《宇宙射线天体物理》（中国科学院研究生院1983—1984），《数理统计学与实验数据处理》（清华大学1996—1997）。

根据2020年7月中国科学院高能物理研究所网站显示，李惕碚为国家培养了许多人才，其中博士生8名，硕士生4名。

李惕碚兼任中国科学院粒子天体物理重点实验室学术委员会顾问；中国空间科学学会常务理事；中国科学院高能物理所学术委员会常委；粒子天体物理重点实验室学术委员会主任。

李惕碚在高能物理和天体物理两个学科及其交叉领域，在实验观测、数据分析和理论模型研究三方面都有工作经验和重要成果。（中国科学院高能物理研究所评）

孩提时代，李惕碚是朝阳小学求知若渴的少年；中年时光，他是中国科学院院士、“与星空对话”的科学家，潜心在云南高山站进行了多年的宇宙线研究，在中国国内倡议和组织开拓了高能天体物理的实验研究；将近耄耋之年，他仍孜孜不倦，作为清华大学教授，对学子们薪火相传。学习一生，工作一生，奋斗一生，这就是李惕碚人生的写照。（华龙网评）