劉建國教授長期從事生態學與社會科學和政策的綜合性研究,包括可持續發展、保護生物學、人類與自然的相互關系、人類活動對環境和生物多樣性 (如大熊貓和鳥類) 的影響、系統模型及模擬等。他對看似無關的問題很感興趣,如:離婚與環境影響、家庭數量增加與生物多樣性熱點地區、人類與自然耦合系統的復雜性等等。中國經濟的飛速發展給自然環境帶來了巨大挑戰,劉建國教授尤其熱衷於中國可持續發展戰略研究。劉建國教授創建並領導 國際人類-自然耦合系統研究網(CHANS-Net),主持完成了美國科學基金會(NSF)、美國航空航天局(NASA)和美國健康研究所(NIH)等政府機構和國際組織資助的數十項跨學科綜合研究項目,許多研究成果發表在世界頂尖學術期刊上(已在英國《自然》和美國《科學》上發表文章十余篇),並被世界各國新聞媒體廣泛報道(如:紐約時報、華爾街日報、美國CNN、美聯社、英國BBC、美國時代周刊、中國新華社、和中國中央電視臺等)。他的研究結果為制定環境保護、生物多樣性保護、以及自然資源管理等相關政策和法律提供了重要依據。