研究所工作，长期从事于化学战剂中毒和防治的生化机理的研究。1973年至1975年以访问学者身份在英国伦敦大学精神病研究所进行学术研究，1987年至1988年在德国柏林技术大学生物化学及分子生物学研究所担任客座教授一职。20世纪80年代，孙曼霁与秦伯益、周廷冲带头上交军衔，成为中国第一批文职干部。1991年11月，当选为中国科学院生物学部学部委员（院士）。1993年3月，被选为中国人民政治协商会议第八届全国委员会委员和第八届全国人民代表大会代表，1998年3月被选为中国人民政治协商会议第九届全国委员会