王斌在國際上最早提出協調耗散算子理論，率先構造了壹系列適用於大氣海洋數值模擬的新算法，如顯式平方守恒差分格式、辛算子法和廣義哈密頓算法、帶權等面積網格剖分方法、靈活性跳點差分法和半解析能量守恒格式等；他帶領他的課題組成功地利用這些新理論、新方法設計出國際上第壹個能嚴格保持有效能量守恒、不需任何平滑和濾波就能穩定運行的可調分辨率全球大氣模式動力框架，建立起既具國際先進水平又有中國特色的新壹代26層高分辨率大氣環流模式；在國際上首次將辛幾何算法應用於GPS/MET變分資料同化，並結合使用變步長技巧和並行技術，省時1000倍以上，尤其還成功地應用變分同化方法進行臺風的初始化和站點降水資料的處理，大大改善了臺風強度和路徑的模擬，提高了暴雨預報的準確率。
他和他的課題組針對經典三維變分資料同化因缺少模式約束而與模式不協調、四維變分資料同化因計算量巨大而難以在業務數值天氣預報中推廣應用等關鍵困難，首次在國際上提出了映射觀測的新概念和反向四維變分同化的新思路，並以此為基礎，建立了壹種全新的變分資料同化方法：三維變分映射資料同化，不僅在兩種經典方法的基礎提高了同化效果，而且還能節省20多倍的計算時間，為業務數值天氣預報提供了壹個新的有效初始化工具。該成果在2005年大型系列國際會議（1500人參加）IAMAS-2005上做特邀報告，得到國際同壹領域權威專家的高度評價。
由於成績突出，他1996年博士後剛出站就被提拔為大氣科學和地球流體力學數值模擬國家重點實驗室（LASG）副主任，同年年底被破格晉升為研究員，1997年提為博士生導師，1998年榮獲國家傑出青年科學基金， 1999年主持973項目“大規模科學計算研究”第壹課題“復雜流動的高精度計算”，2000年入選國家“百千萬人才工程”第壹、二層，2001年獲得政府特殊津貼，並當選為LASG國家重點實驗室主任，2002年作為負責人之壹獲得國家自然科學基金委創新群體項目的資助，2004年他領導的實驗室LASG被科技部授予“國家重點實驗室計劃先進集體”稱號，並獲得金牛獎。2005年，他與中科院計算數學所、北京大學等單位聯合申請的973項目“高性能科學計算研究”獲得批準，主持第三課題“復雜流動問題的高性能算法研究”。發表論文87篇，其中SCI論文36篇，EI論文4篇。撰寫壹本專著，獲得科學出版基金資助，即將出版。