陈军教授主要从事新能源材料化学的基础研究和前沿探索，围绕新型电极材料，阐明锂/钠/锌等高比能物质在尖晶石、有机化合物等材料中的储存机制与能量转化规律，拓展了新型电池体系，在无机固体功能材料的合成化学、固体电极制备以及新型电池电极材料开发研究方面做出了重要创新性贡献。提出了“室温-氧化还原-转晶”新合成方法，室温合成出稳定的导电纳米尖晶石，替代了贵金属铂电极，应用于可充电金属锂、锌空气电池；提出电极微纳化可改善电子电极反应活性和结构稳定性的设想，经大量实验制备了可逆储氢材料、可充锂、钠、镁电池的微纳多级结构电极，提高了电池的安全性，为降低电池电极材料成本及解决电池燃烧爆炸提供了新思路；发展多种醌类电极材料并应用于不同电池体系，设计合成具有目前最高理论比容量的环己六酮，刷新锂离子电池有机正极材料容量的世界纪录，为加速有机电极材料未来商业化进程提供了支持。在Nature、Nature Chem., Nature Commun., Nature Rev. Chem., Sci. Adv., JACS, Adv. Mater., Angew. Chem. Int. Ed., Acc. Chem. Res., Chem. Soc. Rev., Coord. Chem. Rev.，中国科学：化学/材料等期刊上发表研究论文550余篇，他引65000余次，单篇最高他引2080次；入选2016-2021年度科睿唯安高被引科学家，获发明专利授权40项，多项实现转化并取得一定经济效益，编写《新能源科学与工程导论》、《能源化学》、《化学电源：原理、技术与应用》等著作16 部（章），为新能源电池的研制与应用提供新思路，推动了新能源与可再生能源发展，获国家自然科学二等奖（第一完成人，2011年）、天津市自然科学一等奖（第一完成人，2006年和2016年）、高等学校科学研究优秀成果奖（科学技术）自然科学一等奖（第一完成人，2020年），2017年当选中国科学院院士，2020年当选发展中国家科学院院士。

目前担任 eScience 主编，Inorganic Chemistry Frontiers、Science China Materials、Energy Chemistry、《高等学校化学学报》、《应用化学》副主编及Advanced Functional Materials、Chemical Science等12个期刊编委。