沈百飞研究员从事X射线激光, 高次谐波, 超短超强激光和等离子体及原子分子相互作用等方面的研究, 主要研究超强激光的相对论效应和量子电动力学效应。 1994年获中科院院长优秀奖；2001年获上海市科技启明星称号；1999年、2002年两度获德国洪堡研究奖。
主要从事强激光与等离子体相互作用、激光核聚变、激光加速电子和离子、X射线激光等方面的研究，发表SCI论文100多篇，其中包括PRL论文10篇，翻译出版《惯性聚变物理》一书，发表论文获得Rev. Mod. Phys 等重要综述性刊物上论文的大量引用及PRL等重要学术刊物的大量引用。负责过两个自然基金的重点项目、杰青项目、百人计划项目、863项目、973项目、国家重大专项项目等。曾获上海市科技启明星、启明星跟踪、德国洪堡奖学金、上海市优秀学科带头人、上海市引进海外高层次留学人员专项资金、中科院“百人计划”、财政部“引进国外杰出人才”择优支持、国家杰出青年基金等资助。获饶毓泰基础光学奖，中科院优秀导师，总装12五优秀个人等奖励等。