在国际上首先提出并实现了智能信息处理中时间聚类分析（TCA）的理论和方法并在近五年来脑功能影像研究领域里推广应用（Nature 2000）；在双回波磁共振成像方面的工作，为功能磁共振信号生理基础提供了重要依据；在神经网络领域里的工作，即条件内区域连接相关分析（WICA），拓展了大脑平行处理时间分离的概念（Nature 1999），为后来在功能神经连接研究中的成功应用奠定了基础。曾先后主持了美国NIH、NSF、美国心脏协会及诸多私人基金会研究项目；主要包括新的功能磁共振成像分析处理方法和神经计算模型及其在神经科学及精神病学研究中的应用。其中，主持的两项研究项目获得美国国家精神病及情绪疾病研究协会（NARSAD）青年学者研究奖和独立研究学者奖。2007年，“智能信息处理-基于MRI的人脑神经通路计算模型”项目获中国自然科学基金委海外青年学者合作研究奖。在《Nature》杂志上以第一作者、同时也是通讯作者发表论文两篇，在美国科学院院刊《PNAS》 上作为通信作者发表论文一篇，一项国际专利。刘一军教授自2006年以来，与国内主要的功能神经影像研究单位开展了广泛的和实质性的合作；仅2009-2010年回国前一年已在本领域的SCI核心杂志上与国内合作发表论文23篇，为国内功能脑成像技术的临床应用起了巨大推动作用。

      近年来，主要致力于动态脑功能影像和神经网络分析处理的新方法和计算模型，其研究成果已成功应用在神经发育及精神障碍分析，成瘾的脑机制，肥胖脑机制，针灸的中枢神经机理，癫痫的发病机制等领域。

    国家自然科学基金重点项目，无创脑刺激改善认知功能中的神经反馈作用研究，2015-2019,290万人民币，项目负责人。

2. 国家自然科学基金重点项目，神经影像的时间信息特征及其临床药效相关性预测，2012-2016，280万人民币，项目负责人。 

3. 美国NARSAD私人基金项目Causality Brain Mapping in Depression，2009-2010， 10万美元 ，首席科学家（PI）。 

4. 美国IRGD私人基金项目 A Virtual Internet Gambling Paradigm and Default-Mode Brain Function in Pathological Gamblers Assessed by Resting-State fMRI，2010-2011, 5万美金，首席科学家（PI）。 

5. 美国OCF私人基金项目 Diffusion Tensor Imaging of OCD，2009-2010，4.95万美元，首席科学家（PI）。

6. 美国NIH项目 Diffusion Tensor Imaging in Autism (HD51656)，2007-2009，14.6万美元，首席科学家（PI）。

7. 国家自然科学基金海外杰出青年基金项目《智能信息处理-基于MRI 的人脑神经通路计算模型(60628101)》，2006-2009，40万人民币，首席科学家（PI）。项目概述：主要是基于人脑的MRI-DTI数据，采用系统的方法来重建和可视化人脑神经纤维通路：（1）为高角分辨率扩散加权成像技术(high angular resolution diffusion-weighted imaging，HARDI) 研究新的数学和计算模型；（2）为非侵入性活体人脑白质神经纤维跟踪研究新的计算机技术。

8. 美国NIH 项目 Quantities in the Brain (HD6160)（PI：Dr. Edith Kaan ）， 2005-2009，20万美元，主要合作人员（Co-I）。 

9. 美国NIH项目 FMRI Analysis of a Neural Network Involved in Depression (MH72776)，2005-2007，14.55万美元，首席科学家（PI）。 

10. 美国NIH教育基金项目 fMRI of Serotonergic Genetic Variation in Autism (HD49261)（Mentee: Dr. Jessica Couch），2004-2007，13.92万美元，导师（Mentor）。 

11. 美国FAMRI私人基金项目 FMRI Investigation of Impaired Leptin Regulation due to Secondhand Smoking （FAMRI: Flight Attendant Medical Research Institute）,2004-2007，32.55万美元，首席科学家（PI）。 

12. 美国NSF项目 Mathematical and Computational Algorithms for Visualization of Human Brain Neural Pathways (4-69365) (PI: Dr. Jun Chen)，2005-2008，45万美元，联合首席科学家（Co-PI）。 

13. 美国NIH项目 Dynamic fMRI Analyses of Hypoglycemia Unawareness (NS45518)，2002-2005，35.73万美元，首席科学家（PI）。 

14. 美国NIH项目 Impaired Brain-Leptin Interaction in Chronic Tobacco Users(DA16221)，2002-2004，21.2768 万美元，首席科学家（PI）。