主要运用结构生物学、生物化学和生物物理的手段研究RNA剪接、细胞凋亡等细胞内生物大分子机器的结构与功能，以及γ-分泌酶介导的阿尔茨海默症的分子机制。

利用冷冻电子显微学研究生物大分子复合体的结构与分子机理研究生物大分子复合体的结构与分子机理。 主要研究方向包括：1.更高效、更高分辨率的冷冻电镜方法学开发；2. 核酸质量控制的分子机制和调控；3. 细胞骨架和生物膜系统的协调机制。

主要研究方向为结构生物学。利用生物大分子及复合物结构测定为主要手段，结合其他生物化学及生物物理技术，研究细胞因子介导的宿主免疫反应和病毒侵染及免疫逃逸的结构机理。

表观遗传调控的分子结构基础。表观遗传调控关注染色质层面遗传信息组织与解读，具体机制涉及到组蛋白或DNA/RNA修饰、组蛋白变体、染色质重塑以及非编码RNA等。表观遗传机制在从基因表达调控到细胞命运决定等众多生命过程中发挥着重要作用。与此同时，越来越多证据揭示表观遗传调控异常会导致各种人类疾病的发生，尤其是癌症。我们主要采用结构生物学手段，并结合其它生物化学和细胞生物学技术，研究表观遗传调控和修饰生物学过程中的分子识别与催化事件。此外，我们也在积极开展基于微阵列芯片的生物分子互作工具开发和基于结构的药物发现研究。

利用冷冻电子显微学，结合生物化学、生物物理学和细胞生物学等技术手段，研究： 1. 蛋白质复合体、复杂蛋白质机器和膜蛋白的结构、功能与工作机制； 2. 囊泡运输中的分子机制，蛋白质与膜脂的相互作用，生物膜与重大疾病的关系。

1.发展单分子荧光方法和技术；2. 核糖体在蛋白质合成过程中翻译和调控机制的研究；3. CRISPR系列蛋白靶向和剪切机制的研究。

利用晶体学和电子显微镜学等多种生物物理手段研究重要蛋白质分子机器的工作机理, 尤其是染色质重塑的机理。

1. 发展计算机算法根据氨基酸序列预测蛋白质三维结构 2. 发展分子动力学模拟的新方法用于定量分析生物大分子的大尺度构象变化

1. 相分离现象的普适化调控机制与规律； 2. 相分离在自噬、转录调控、表观遗传等领域的生物学意义； 3. 基于相分离的技术开发与应用。

1. 冷冻电镜断层成像（cryo-ET）及原位结构生物学。高分辨cryo-ET是通过收集三维断层图像，再使用子断层图像平均法进行结构解析的前沿结构生物学方法。 Cryo-ET擅长对柔性巨型分子机器、细菌、细胞进行成像和蛋白结构解析，获得具生理意义的原位结构，是结构生物学的下一个突破。 2. 新发致病型囊膜病毒的组装及通过膜融合解胞的结构与功能。由于形态不均一，囊膜病毒的原位结构一直是结构生物学的挑战。我们使用cryo-ET解析全病毒结构，及在细胞中直接观测病毒生命活动的原位结构，希望回答：囊膜病毒如何组装，又如何通过膜融合解胞？目的找到病毒的弱点，并为抗体、疫苗设计提供新思路。

主要从事冷冻电子显微学理论和方法研究，着重于开发和利用最新的电子显微学技术，以提高冷冻电子显微学三维重构的分辨率和自动化程度；致力于发展冷冻电子断层成像技术，以构建细胞分子结构研究的完整解决方案。同时，借助先进的冷冻电镜技术解决与结构相关的重要生物学问题。

刘俊杰实验室综合运用生物信息学，生物化学，生物物理学以及细胞生物学等手段从事以下方向的研究： (1) 新型基因编辑工具的设计与开发 (2) RNA相关核酸酶机器的机制研究 近年来，刘俊杰团队开发了小型CRISPR-CasX、CasPi等基因编辑工具（Mol. Cell, 2022; Cell Res., 2023），有效拓展CRISPR基因编辑工具箱；发现CRISPR免疫增效子（Nature, 2024），有望从多个方面提升Cas9基因编辑性能；创制可水解切割DNA的HYER核酶（Science, 2024）,实现不依赖蛋白核酸酶的DNA和RNA可编程操纵；解析R2逆转座子中受结构性RNA调控的基因转座分子机理 (Cell, 2023)，指导大片段基因插入工具开发。