卢鹤绂发现了热离子发射的同位素效应；发明了在质谱仪中测定轻同位素丰度比的时间积分法。在国际上首次公开估算铀235原子弹和费米型链式裂变反应堆的临界大小的简易方法及其全部原理；提出了最早期的原子核壳模型并首次提出了核半径新的计算公式。建立了流体的容变黏滞弹性理论并对经典流体力学基本方程做了多项推广。60年代初，卢鹤绂对受控热核反应进行研究，提出了快脉冲、慢脉冲和稳态的三大分类法，并对其能否成功进行了深入讨论。卢鹤绂还使用时间积分法，在世界上第一次精确地测得锂7及锂6的天然丰度比为12：29，有美国媒体因此在头版报道了《中国人在称原子重量》。卢鹤绂创造性的实验和研究解决了前人从未准确测定的问题，他测定的数值被选定为同位素表上的准确值，被国际同位素表沿用了50多年，一直到1990年美国核数表引用的还是这一测定值。1958年，英国剑桥大学沃尔士著的《质谱学》介绍了他的时间积分法，认为这项成果来之不易。

主要研究成果有：1937年了一项热盐离子源发射性能的研究。卢鹤绂自己动手设计制造了一台180度聚焦型质谱仪，并在这台今天看来颇为简陋的仪器上开始了他的工作。经过多次反复实验，卢鹤绂在测量锂7及锂6离子释放量的比值时，发现此值在不同时刻不尽相同，从而发现了“热盐离子发射的同位素效应”。紧接着，他又用自己发明的“时间积分法”在世界上第一次精确地测得了锂7和锂6的天然丰度比为12:29。1939年提出了扇状磁场对入射带电粒子有聚焦作用的普适原理，并据此设计制造了一台新型60度聚焦的高强度质谱仪。

1946年研究出估算原子弹和反应堆临界大小的简易方法；1949年最先提出核半径公式应改为1.23×10－13A1/3厘米；1949－1956年发展出可压缩流体的粘弹性理论；1959年计算了片状柱型等离子体的稳定性等等。

在数十年的教育、科研生涯中，卢鹤绂为中国的物理事业和培养中国第一代原子科学技术骨干做出了重要贡献。实践了自己的格言“知而告人，告而以实，仁信也”。中国11位“两弹”元勋中，有7位是卢鹤绂的学生，他也被称为“中国核能之父”。

20世纪60年代初，卢鹤绂对受控热核反应进行研究，提出了快脉冲、慢脉冲和稳态的三大分类法，并对其能否成功进行了深入讨论。主编了《受控热核反应》一书，总结了1960年以前国内外在此领域的理论研究及实践探索方面的成果，这是中国第一本有关热核反应的专著。

1、卢鹤绂，锂离子的低温热源，PhysRev,1938，53：845。

2、卢鹤绂，在氢和三氟化硼的低气压紧缩放电中离子的纵向提取，Phys.Rev.,1940，58：199。

3、卢鹤绂，重原子核内之潜能及其利用，科学，1944，27(2)：9～23。

4、卢鹤绂，重核二分之欠对称，科学，1947，29：343。

5、卢鹤绂，原子能与原子弹，科学，1947，29：13～20。

6、卢鹤绂，从铀之分裂到原子弹，科学世界，1947，16：37～51，67。

7、卢鹤绂，关于原子弹的物理学，AmeJPhys.，1947，15：513。

8、卢鹤绂，海水传音，科学世界，1948，17：304。

9、卢鹤绂，新型高强度质谱仪及其在分离硼同位素上的应用(1941年美国明尼苏达大学哲学博士论文)，NuclearSci.Abst.，1950，4：279。

10、卢鹤绂，论核模型，PhysRev.，1950，77：416。

11、卢鹤绂，容变黏滞性之唯象理论，中国物理学报，1950，7：564。

12、卢鹤绂，从声现象中研究容变黏滞性及压缩性，JAcousSocAme，1951，23：12～15。

13、卢鹤绂，容变黏滞性与声之变速及吸收，中国物理学报，1951，8：1。

14、卢鹤绂，可压缩流体之散逸函数，中国物理学报，1951，8：143。

15、卢鹤绂，铀核之自裂，中国科学，1952，1：77；中国物理学报，1953，9：3。

16、[苏]СРГМихлиH著，陈传璋、卢鹤绂译，积分方程及其应用(上、下两册)，商务印书馆，1955。

17、[苏]ЭВШполбский著，卢鹤绂等译，原子物理学，高等教育出版社，1959。

18、卢鹤绂，受控热核反应，上海科学技术出版社，1962。

19、卢鹤绂，高能粒子物理学漫谈，上学科学技术出版社，1979。

20、卢鹤绂，哥本哈根学派量子论考释，复旦大学出版社，1984。