熊大闰院士的主要研究领域是恒星对流理论以及与之有关的恒星结构、演化和脉动稳定性问题。他的主要贡献在于他摒弃了传统的混合长理论框架，发展了一种独立的对流统计理论。该理论是建立在流体动力学方程和湍流理论基础上的，因此具有更坚实的物理基础，能给对流运动以更精确的描述。

　  1、发展了一种独立的非定常的恒星对流的统计理论。随后又将该理论推广到不仅可以处理恒星径向脉动，而且可以处理恒星非径向脉动更为一般的非定常对流理论。这是目前国际上唯一可用于处理恒星非径向脉动的对流理论。

　  2、应用以上他自己发展的非定常对流理论，进行了变星脉动的理论计算。解释了变星脉动不稳定带红端边界。该问题是70年代到80年代变星脉动理论最重要而未获解决的困难问题。3、发展了一种独立的恒星非局部对流的统计理论。随后又将该理论推广到化学非均匀化学组态，得到一组计算化学演化的完备方程组。此乃是国际上唯一可处理恒星内部化学元素非局部对流混合的较严谨的非局部对流理论。

　  4．利用他自己发展的非局部对流理论，计算了大质量恒星主序后早期演化，消除了著名的所谓半对流理论矛盾。较之传统理论，在H—R图上，新理论预期恒星演化迹更亮，主序带更宽。这将有利于消除或减缓传统理论和观测之间亮星在H—R图上的分布以及主序带宽度的矛盾，也可能解释著名的造父星质量矛盾。

　  5．利用他的非局部对流理论，计算了太阳对流区结构。正确预期了太阳大气的温度分布、太阳大气湍流速度场和温度场以及通过对流不稳定区边界，湍流速度和温度关联改变符号等观测事实。传统的非局部混合长理论结果同观测是矛盾的。此外，新理论所预期的太阳对流区深度同日震学的要求亦大致相合。并可能用于解释太阳大气锂和铍的丰度。K．G．Petrovay曾称它是现存最好的太阳对流区模型。