Flem har skrevet både symfoniske og kammermusikalske verker og solostykker. Musikken hans er blant annet framført av orkestre som Bergen Filharmoniske orkester, Oslo Filharmoniske Orkester, Det Norske Kammerorkester, Sibelius Akademiets Orkester, St. Petersburg State Symphony Orchestra, Orchestre Philharmonie de Radio France, og av anerkjende utøvere som Eva Knardahl, Einar Steen-Nøkleberg, Roberto Szidon, Richard Metzler, Håkon Austbø, Ellen Ugelvik og Torun Stavseng. Blant hans symfoniske verk, kan nevnes , påbegynt i 1969, men urframført først i 1986. Verket ble uframført av Musikselskabet Harmoniens orkester i Bergen og dirigert av Terje Boye Hansen. Urframføringen ble spilt inn av NRK og senere sendt på radio. I 2002 ble denne innspillingen utgitt på plate av Aurora plateselskap. Verket ble også gitt ut av samme selskap i 1995 med Bergen Filharmoniske orkester, dirigert av Othmar Mága. Ultima Thule er den latinske betegnelsen på arktiske strøk og i programkommentaren til verket står det at musikken er utviklet ut fra bilder fra disse områdene. Her utforskar Kjell Flem det klanglige potensialet som finnes i orkesteret, gjennom kontraster og et melodisk materiale som utvikles i ulike instrumentkombinasjoner. Verket har stått på programmet til Bergen Filharmoniske Orkester flere ganger og er også framført av Oslo Filharmoniske Orkester og Sibelius Akademiets Orkester. Et annet sentralt verk av Kjell Flem er . Dette er blant hans hyppigst framførte. Det ble påbegynt i 1989, urframført i 1991, og siste gang revidert i 2003. Det er blant annet framført av Oslo Filharmoniske Orkester, St. Petersburg State Symphonic Orchestra, Vietnam Symphony Orchestra og Det Norske Kammerorkester. Sistenevnte hadde verket på programmet under sin Asia-turné i 2005 hvor de spilte, blant annet i Kuala Lumpur og Hong Kong.Verket ble også valgt av Radio France for framføring på Radio France internasjonale Précense festival i 2004 av Orchestre Philharmonie de Radio France.