他在1958年发现了DNA分子受Χ-射线的隐藏破坏作用(该工作受到时任所长的王应睐先生的支持和鼓励，帮助其从英国要来了许多大肠杆菌噬菌体株 ,使之能在 60 年代之前就启动了对小噬菌体 ΦX174 的 DNA的研究)。60年代初开始噬菌体ΦX174活性DNA的研究，通过化学诱变发现了ΦX174小噬斑变异株。这些早年DNA方面的研究积累，为他对生物学奥秘的机制探索，及以后开展基因工程和分子生物学的研究奠定了坚实的科学理念。

改革开放之前，李载平有幸参加了当年仅有的几个科学家代表团，1973年受邀参加日本化学会年会，考察了日本一流科研机构，1975年作为中国分子生物学代表团成员与王应睐先生访问美国最高水平的生化实验室，包括MIT、冷泉港、哈佛大学和加州理工学院等国际一流研究机构和科研院校(当时 , 第一代质粒载体已广泛应用, 双脱氧法测序尚未问世，但当时在哈佛的Walter Gilbert教授已经给他们讲了他的化学法测序，该测序方法1977年前后正式报道)。当时基因工程和生物技术的发展已经成为科技界最激动人心的科学进展。李载平在美国的参观考察收获很大，晚间和王所长谈观感时，对新发展十分敏感的他已经十分明确地感到:基因工程操作将带来一场生物学的革命 ,中国非要急起直追不可。

70年代后期，改革开放之后，李载平被委任为国内第一个”基因工程分子生物学研究“的研究室主任，带领课题组开展重组DNA和基因工程的研究。在国际上首先克隆成功了中国流行的乙肝病毒adr亚型基因组DNA;用化学法进行DNA测序，克服了当时的困难条件，报导了padrI基因组的全顺序分析(该工作1983年发表于《中国科学》杂志)，实现了我国在基因组克隆和DNA测序上零的突破;阐明了adr亚型内还有基因组的多态性，提出了可能有致病性不同的乙肝病毒存在;80年代检出了免疫逃避型HBV变异株;发现了乙肝病毒基因表达调控的一个新元件--增强子II(ENⅡ);在乙肝疫苗的研制方面，开创了重组乙肝表面抗原痘苗系统，利用鸡胚制备了乙肝表面抗原，通过临床验证，取得了试生产文号并获得美国专利。李载平带领的研究组发现了蓖麻蚕染色质rRNA基因转录起始区的拓扑变构顺序和核骨架结合顺序(MAR);检定了肝癌相关新功能基因fup1;发展了hEGF和hGM-CSF的分泌型、高表达大肠杆菌系统，产品都已获生产药证。他还开创了DNA酶切图谱的检测新方法--末端片段标记杂交法，既简单，又快速。

在几十年的工作中，特别是改革开放之后，李载平为推动我国基因工程和分子生物学研究的快速发展，在国际交流中做了大量工作。与美国、欧洲、日本等国科学家建立了良好互动关系;在冷泉港实验室作为访问学者与诺贝尔奖获得者James Watson等美国科学家建立密切联系;先后邀请法国巴斯德研究所的Pierre Tiollais教授、美国NIH哈莫教授和哈佛大学史托尔教授来华开办短期专业学习班;与日本理化学研究所井川洋二教授等开展学术交流，为当年的人才培养和学术交流打下了良好的基础。