徐光宪的研究领域广泛，涉及物理化学和无机化学，尤其在量子化学、化学键理论、配位化学、萃取化学、核燃料化学以及稀土化学等领域取得了显著成就。他强调基础研究与应用研究的结合，认为基础研究应考虑长远应用，以便成果能转化为实际效益。他以稀土萃取化学为例，从1971年起积极参与并改进了稀土分离提纯工艺，通过创新的季铵盐-DTPA“推拉”体系，显著提高了镨钕分离的效率，打破了国际上的技术瓶颈。
1974年，他成功地将新工艺应用于工业规模生产，实现了推拉体系在稀土萃取上的高效应用，这对提高我国稀土分离技术至国际先进水平起到了关键作用。他还发展了串级萃取理论，提出了一套适用于稀土分离的工艺设计原则和方法，这些成果极大地简化了工艺设计，减少了试验消耗，对稀土工业产生了深远影响。
在溶液络合物研究方面，徐光宪是国内的先驱，他紧跟国际学术动态，发掘出无机化学的新领域。他率先在国内开展溶液络合过程物理化学研究，通过精确测定络合物平衡常数，推动了国内相关领域的研究。此外，他还关注生物无机化学，指导团队研究了生物分子配体络合物，以及固体络合物的合成和性质研究，如首次合成了一系列具有特殊性能的四核稀土双氧络合物。
徐光宪重视总结实验资料，提出结构规则和新定义，用于预测新化合物，推动了金属有机化合物和原子簇化合物结构规律的研究。在稀土化合物成键情况的研究上，他揭示了稀土化合物的离子性和共价键的复杂性，并正在深入探索稀土簇合物的电子结构和立体结构规律。
徐光宪，浙江上虞人，著名物理化学家，无机化学家，教育家，中国科学院院士。获得多项学术大奖。著作有《物质结构》、《稀土的溶剂萃取》等。1991年被选为亚洲化学联合会主席。现任北京大学化学系教授、博士生导师。历任北京大学原子能系（后改为技术物理系）副主任、稀土化学研究中心主任，国家自然科学基金委员会化学科学部主任，中国化学学会理事长，中国稀土学会副理事长，全国人大代表，全国政协委员等职。