他在系统层面研究生命现象，结合计算与实验手段开展系统生物学研究：探讨细胞生命的本质，以及生命体如何通过与环境的物质能量交换，整体而动态地响应内外扰动。他的教学始终贯穿着对生命的统一定义：一种具备完全自主性、自我维持能力并能进行达尔文式演化的化学系统。基于这一视角，生命被理解为由有机聚合物构成、受生物规律支配、由化学过程驱动的物理系统。在昆山杜克大学，他主要教授生物学、系统生物学、生物信息学与计算生物学以及保护生物学等课程。

他的研究涵盖系统生物学领域，兼具理论建构与跨学科应用。在理论系统生物学方面，他致力于通过多组学整合与基因组尺度代谢网络，揭示支配生物系统的普遍原理与运行规律，进而构建概念与数学框架。同时，他将系统生物学方法应用于多个前沿领域：包括癌症生物学（当前聚焦脑肿瘤，特别是多形性胶质母细胞瘤）、抗病毒药物研发、全球变暖下极地微生物的适应性耐受机制，以及蓝藻水华暴发的驱动原理。

曹焕生博士本科毕业于烟台大学生物化学专业，后在福特汉姆大学获得细胞与分子生物学博士学位。在加入昆山杜克大学前，他曾任亚利桑那州立大学助理研究教授。