李建平同志长期从事气候学基础理论与应用研究，做出了具有国际影响的系统性创新成果，建立了非定常外强迫下气候全局分析理论，创建了度量可预报性的非线性局部李雅普诺夫指数及其向量谱理论；系统揭示了环状模与热带协同影响中国气候的机理，建立了非均匀基流行星波传播新理论，提出扰动位能新理论并应用于季风与海气相互作用研究；提出了海-气耦合桥理论、年代际海-气相互作用的延迟振子理论，为气候动力学的发展和推动业务预测做出了重要贡献。

国家杰青、首届全国优博获得者、国际IUGG会士、国际气候与环境变化委员会主席、国际气候学委员会主席，多个SCI杂志编委，获国家自然科学二等奖1项（排名第3），入选路透社“气候变化研究领域全球最具影响力的1000位科学家”、斯坦福大学“全球前2%顶尖科学家终身成就榜单”、“爱思唯尔中国高被引作者”、“全球最佳地球科学家领军奖”等。

发表论文500余篇（其中SCI论文400余篇），编译著10余部，在国际会议做特邀报告70余次，组织国际会议及分会80余次。