1996年始主要研究云南寒武纪澄江动物群中的蠕虫和后口动物。2010年以来重点研究陕南寒武纪宽川铺组刺细胞动物胚胎化石。通过与国内外的生物学家和古生物学家合作，发现迄今已知最为古老的保存软躯体结构的海葵动物化石以及呈现四、五辐射对称结构的水母化石。发现最古老动物孵育行为。目前合作发表论文近 150余篇，含第一作者（或通讯作者）论文45篇，其中1篇以封面、亮点论文形式发表在《Nature》杂志， 90多篇文章为SCI收录，论文被引用3850余次（Google Scholars h指数 34，Researchgate Impact指数41.27）。发现寒武纪立方水母化石入选“2013年度中国海洋与湖沼十大科技成果”。 研究成果获得教育部自然科学奖一等奖（2009年，第三完成人）。2014年获得第十届陕西省青年科技奖及陕西省青年科技标兵。2016年获得国家自然科学奖二等奖（第五完成人，项目名称：地球动物树成型）。研究成果入选“2017年度最受全球媒体关注的100篇论文”、"2017年度中国古生物学十大进展"、"2020年度中国古生物学十大进展"。2021年入选国家人才计划。