1、李四光的科学成就，大致可分两个阶段，1949年前由于旧中国历史条件的限制，他侧重地质基础学科的研究；1949年后，在继续重视基础研究的同时，根据国家需要集中精力，积极开拓应用研究领域。
2、1923年，李四光提出了蜓科鉴定方法，创立了十项标准，将蜓科主要特性，用若干曲线表示出来，使之既有定性概念，也有定量概念，并可以减少文字描述的繁琐，从而提高了鉴定的标准性科学性。这十条标准，一直被中国及其他国家蜓科学者所采用。李四光用这个方法，鉴定了大量的化石标本，写成了他的第一部科学巨著《中国北方之蜓科》，获得了伯明翰大学的科学博士学位。
3、20世纪20年代初，李四光开始了对中国第四纪冰川的研究。他以很大的兴趣关注中国东部有关第四纪冰川作用问题，在30年代中，完成了《冰期之庐山》一书，引起中国及其他国家地学界的很大兴趣和探讨。40年代他又对贵州高原、川东、鄂西、湘西、桂北等地作了调查，发表了不少有关中国冰川的文章，为中国第四纪地质学的研究增加了新的重要篇章。
4、20世纪20年代中叶，有关大陆运动起源的讨论正值高潮之际，李四光发表了《地球表面形象变迁之主因》一文，提出了“大陆车阀”自动控制地球自转速度变化作用的假说。地质学中的一个新的理论体系——地质力学就从这里萌芽产生了。
李四光建立的地质力学，是把力学理论引进到地质学的研究中，即用力学观点研究地壳构造和地壳运动规律。他认为，地球表层的各种构造现象都是地壳运动的产物。地壳在运动中存在，必然有一种力量在起作用，这种力就是地应力。岩石在地应力作用下会形变，由于各种岩石性质不同，产生的构造形迹也不同，依照构造形迹的力学特征和组合形式，可以追索力的作用方向和方式，进而探索地壳运动的方向和起源。这是一项研究地壳运动的新方法。它把力学和地质学密切结合起来，开辟了一条解决地壳构造和地壳运动问题的新途径。
在地质力学的建立与发展过程中，李四光的几篇重要著作，如20年代末的《东亚一些典型构造型式及其对大陆运动的意义》、30年代的《中国地质学》、40年代的《地质力学的基础与方法》、50年代的《旋卷构造及其他有关中国西北部大地构造体系复合问题》、60年代的《地质力学概论》，都是每个阶段总结性的著作，具有里程碑的意义，在地学界产生了巨大而深远的影响。