1955年，林同炎出版了他的第一部著作《预应力混凝土结构设计》，1963年和1981年分别出版该书的第二版和第三版。该书具有非常高的国际影响，后来在多个国家翻译出版。1983年，由路湛沁、黄棠、马誉美翻译，在我国出版该书第三版的中文版。林同炎还先后出版《钢结构》和《房屋与桥梁系统》等书籍，在世界工程界也有一定的影响。

林同炎一生发表100多篇研究论文。1933年，在美国加利福尼亚大学柏克利分校土木工程系读研究生期间就完成论文《直接弯矩分配法》，该论文1934年发表于《美国土木工程师学会学报》，论文提出的计算方法后来被称为“林氏法”。

1963年，林同炎在《美国混凝土学会(ACI)学报》上发表题为《预应力混凝土结构设计与分析的平衡荷载法》的论文，论文提出的方法便于计算预应力混凝土结构的挠度，便于估算混凝土结构中所需的预应力，以概念清晰而著称，成为继弹性应力法和极限强度法之后的第三种预应力混凝土结构设计方法。

林同炎进行教学和学术研究的同时，也致力于大量的工程设计、施工和咨询等实际工作，特别是在他主持或主导“林同炎工程事务所”和“林同炎国际咨询公司”期间，他身体力行地从事包括桥梁、高层建筑、大跨场馆、核反应堆、海洋平台、煤液化与气化的高压容器、海港码头等预应力混凝土结构的工程实践，取得了举世瞩目的工程成就。

1972年尼加拉瓜首都马拉瓜发生大地震，死亡一万多人，许多建筑倒塌，而由林同炎公司设计的美洲银行(18层框筒结构)在一片倒塌废墟中一楼独立，成为当时世界工程界的美谈，也使林同炎及其公司的工程设计能力与水平得到充分的肯定和极高的评价。

1971年建成、由林同炎主持设计波多黎各的蓬斯体育馆，其屋顶平面面积84×71米全部支撑在4根柱子上，该屋顶结构采用10.2厘米厚的双曲抛物面后张预应力混凝土壳体，外侧悬臂41米也采用后张预应力混凝土板，采用有限元分析计算壳体应力，该工程得到高度赞赏。

1972年建成、由林同炎主持设计哥斯达黎加的里尔卡罗拉多桥，该桥梁为跨度146米的上承悬索桥，桥塔倾斜30度，在两侧悬吊拉索之间铺设预制混凝土板，该悬索与平板所构成的组合结构是桥梁的主要承重结构，又充当桥面的施工平台，同时也加强了桥梁的横向刚度。其设计科学合理，构思巧妙，是世界桥梁工程的精品之作。

闻名遐尔的鲁克楚基桥梁设计方案，结构形式是岩锚式弯梁斜拉桥，该桥梁方案被美国内政部选中。虽然该设计方案从未付诸实施，但却被世界桥梁界公认为最适合地形环境、造型优美、受力合理、富有创新意义的桥梁设计方案，由此1979年荣获美国建筑设计比赛第一名、美国建筑学会芝加哥分会荣誉奖、《进步建筑》杂志建筑设计作品首奖(有923件作品参赛)，该杂志还将此桥梁设计方案作为封面图案。