専門は工学であり、特に機械工学に関する研究に従事している。流体工学、計算力学、分子動力学、希薄気体力学、ミクロ熱流体力学、気泡力学といった分野の研究に取り組んでいる。具体的には、混相流の研究や、キャビテーションの研究、流体工学の医療への応用の研究、さらには、生命体シミュレーターの開発や、知識の構造化の研究、といった職務に従事している。その業績は高く評価され、「液面燃焼伝ぱに関する研究」で日本機械学会奨励賞を受賞し、「回転円盤上の薄膜形成」と「自由表面を有する容器内の気泡プルームの数値解析」と「クラウドキャビテーションの崩壊現象を利用した結石破砕法」で、それぞれ日本機械学会論文賞を受賞した。そのほか、日本機械学会会員功労者にも選ばれるとともに、日本機械学会計算力学部門功績賞、日本機械学会流体工学部門フロンティア表彰、日本機械学会流体工学部門賞、などを受けている。アメリカ機械学会からは、Medical Application in Fluids Engineeringにてカルバン・W・ライス講演賞を授与され、のちにテッド・ベリーツチコ応用力学賞を授与された。また、「気泡モデルを用いた数値解析による軸流ポンプの吸込比速度予測」にてターボ機械協会論文賞を受賞し、「気泡力学の基礎とその応用に関する研究」にて流体科学研究賞を受賞している。それに加えて、日本混相流学会論文賞、山崎賞、日本計算力学賞、といった各賞も受賞した。学術団体としては、日本機械学会、日本流体力学会、可視化情報学会、日本混相流学会、日本伝熱学会、日本工学アカデミー、アメリカ機械学会、アメリカ物理学会、などに所属している。
大学院修了後、1977年4月より、母校である東京大学にて工学部の講師を務めた。1978年4月、東京大学にて工学部の助教授に昇任した。学士号を得てからわずか6年、博士号を得てからわずか1年で、東京大学の助教授に就任したことになる。その後、1992年8月になって、東京大学の工学部にて教授に昇任した。なお、1992年4月から1995年3月にかけて、大学院重点化のため工学系研究科が整備されたことにともない、大学院の工学系研究科の教授が本務となった。工学系研究科では、主として機械工学専攻にて教鞭を執った。2004年4月、国立大学の法人化にともない、東京大学の設置者が国から「国立大学法人東京大学」に変わったが、引き続き東京大学に勤務する。同月より、東京大学の評議員を務めるとともに、大学院の工学系研究科にて副研究科長に就任した。2006年4月1日、平尾公彦の後任として、東京大学の大学院にて工学系研究科の研究科長に昇任した。同時に、東京大学の工学部においても、学部長に就任した。2008年4月には、東京大学の副学長に就任するとともに、総長特任補佐も兼務することとなった。2009年4月、東京大学の設置者として管理・運営にあたる法人の理事にも就任した。なお、教育・研究機関としての東京大学においても、引き続き副学長を務めた。また、中村祐輔の退任にともない、2012年1月4日より、内閣官房の医療イノベーション推進室にて室長を兼任した。この辞令は野田内閣の下で発令されたが、同月発足した野田第1次改造内閣の下でも引き続き務めた。2015年、東京大学を退職した。その後、国立研究開発法人に移行した理化学研究所にて、2015年4月1日付で理事に就任した。さらに、同じく国立研究開発法人に移行した国立がん研究センターにて、同年より理事（教育・評価担当）を務めた。
ベルギカ・レギアの北部7州（のちのネーデルラント連邦共和国）はプロテスタントのカルヴァン派に傾倒していき、一方南部10州はカトリックのままだった。この宗教上の分裂、そして昔からの文化の差異により、ベルギー地域ではアトレヒト同盟が、北部地域ではユトレヒト同盟が成立した。カール5世の息子フェリペ2世がスペイン王に即位すると、プロテスタントを全て廃止しようとしたため、ベルギカ・レギアの一部が反乱、やがてスペインとネーデルラント連邦共和国の間の八十年戦争が勃発する結果となった。征服された南ネーデルラントでは戦争が1585年のアントウェルペン陥落で終結した。また1581年には北部諸州がオランダ独立宣言を発してネーデルラント連邦共和国を建国した。フェリペ2世はパルマ公アレッサンドロ・ファルネーゼをスペイン領ネーデルラント総督として送り込み（在位：1578年 - 1592年）、ファルネーゼは対オランダ戦争で成功を収め、南部の主要都市を占領してスペインの支配下に返した。また、オランダ語を話すフランデレン人とフランス語を話すワロン人とで軍階に差が出たことをうまく利用して不満を煽動した。これによりワロン諸州はスペインに帰順、さらに1579年のアラス同盟で「不満派」（南部のカトリック貴族）の支持を確保した。カルヴァン派が支配的であった北部7州は対抗してユトレヒト同盟を結成、連合してスペインと戦うことを約束した。ファルネーゼはエノーとアルトワに基地を置いた後、ブラバントとフランドルへの侵攻を開始、トゥルネー、マーストリヒト、ブレダ、ブルッヘ、ヘントを次々と落とした。ファルネーゼは最後に港口都市のアントウェルペンを包囲した。アントウェルペンは海に面しており、要塞化されたうえにフィリップス・ファン・マルニックスという指揮官がいたためよく守られていたが、ファルネーゼはスヘルデ川をまたがって舟橋を設置してアントウェルペンを海から切り離した。最終的にアントウェルペンは1585年に陥落、住民6万人（包囲以前の住民数の6割にあたる）が北へ逃亡した。これにより、ベルギー全域が再びスペインの支配下に置かれた。ファルネーゼはこの会戦よりも攻城戦が主である戦争において、その気概を見せた。彼の策は降伏の条件を緩くすることだった。すなわち、虐殺も略奪もなく、伝統的な都市権が維持され、恩赦が与えられ、カトリックへの回帰は緩やかに行われるという好条件を提示したのであった。一方、北からのカトリック難民はケルンやドゥエーで再集結して、より軍事的な、トリエント公会議で見られたような姿勢をとった。彼らは南部の対抗宗教改革を推進、後のベルギー建国の素地をつくった。ベルギカ・レギアの北部7州は独立したが、南部は1713年までスペイン領のままとなった。