熊毅是我国土壤胶体化学和粘土矿物研究的先驱和奠基者，留学美国时是用X射线分析中国粘土矿物的第一人。中国科学院成立土壤研究所后，他即着手建立土壤胶体实验室，从事并指导科技人员进行土壤胶体化学研究。在探索研究方法的同时，从《土壤胶体膨胀的初步研究》（1956）开始，首先阐明《中国土壤胶体的一般性质》（1956），进而研究了《黄土胶体的矿物组成和性质》（1958），以求阐明土壤保肥供肥、保水供水和团聚的机理，这对探索土壤肥力的实质具有重要意义。

    与此同时，他又开创了土壤粘土矿物的研究，根据土壤胶体矿物的组成，探讨了更新世气候环境与黄土形成的关系，撰写了《由更新统沉积物的胶体矿物分析试论第四纪气候》（1952），对东北的黑土、华北的褐土、潮土（草甸土）等进行粘土矿物分析后，发表了《土壤粘土矿物的结构及形成》论文，然后又进行了全国性的土壤粘土矿物分析，依据粘土矿物演变的顺序，总结了《中国土壤中粘粒矿物的分布规律》（1964）。在此基础上，编制了《土壤中粘土矿物分布图》（1965）等。

    我国农业素有施用有机肥料和精耕细作的优良传统和经验。熊毅十分重视对群众经验的总结，并善于提高到科学理论高度去认识。他从我国劳模，河南省长葛县的马同义大量施用有机肥料、深耕改土培育高产土壤的成功经验中，研究了有机肥料对粘土矿物的作用，阐明《土肥相融是培育肥沃土壤的基础》（1960），在总结北京郊区群众丰产经验中，论述了《通晓‘骨肉相称’原理，提高水稻产量》（1961）。通过上述群众经验总结，为了进一步研究土壤肥力的实质，探索土壤培肥原理，他在国内又开拓了“土壤有机无机复合体”的研究领域，先后撰写了7篇文章（1974、1975），对“土壤有机无机复合”作了系统阐述与介绍，在其后繁忙的工作中，仍然亲自指导几位科研人员从事专门的研究，取得了一定的成果并在农业生产中得到验证。

    由于熊毅对土壤胶体化学研究的兴趣和专长，从1979年起，他多次邀请美籍华人徐拔和教授来所讲学，传授新的学术思想和国际上的新进展，对我国土壤物理化学的研究起了有益的推动作用。在熊毅的晚年，终于挤出时间，组织和指导有关人员并亲自撰稿和审稿，编成《土壤胶体》第一册（物质基础）、第二册（研究方法）和第三册（胶体性质），分别于1983年、1985年和1990年由科学出版社出版发行。实现了他的宿愿和遗志。本书根据国内外60年代以来的成果和资料，对决定土壤性质，构成土壤物质基础的土壤胶体各组分和特性及其研究方法作了比较全面系统的总结。第一册对层状硅酸盐的概念和混层矿物。氧化物与层状硅酸盐的关系。氧化物的专性吸附、土壤有机质中的碳水化合物以及有机无机复合体类型与特性等方面作了深入系统的论述，反映了土壤粘土矿物与土壤化学的最新发展与水平；第二册分别介绍和讨论有关土壤无机胶体、有机胶体与有机无机复合胶体的提取、分组，X射线与电子显微镜鉴定，土壤胶体的基本特性如表面积、电荷、电动电位、吸附性、亲水性与粘度等的研究方法和具体测试技术。第三册系统介绍和讨论土壤胶体表面性质、电动特性、导水性、吸附性能以及粘土—水分散体系的稳定性和胶体物质的团聚作用，同时也讨论了土壤胶体性质与土壤发生和土壤肥力的关系，反映了土壤胶体表面化学发展的80年代的水平。目前，国内外其他像这样从理论到方法的专著尚未见到，它对我国土壤胶体的研究将起促进作用，同时还为地质矿物学特别是粘土矿物的开发利用、陶瓷工业、土木工程和地球化学探矿以及石油钻井泥浆处理等有关技术提供了重要参考。