朱佩平教授在攻读硕士学位期间，研究彩色全息成像，在攻读博士学位期间研究 X 射线全息成像。从 2003 年开始一直在研究 X 射线相位衬度成像和纳米分辨三维成像。2005年提出折射率导数的重建算法，研究成果发表在 Appl. Phys. Lett. 2005, 87, 264101，被Nature China, 2007, 40 的 Highlights 评论为把 X 射线 CT 带入了折射时代。
代表作：“Low-dose, simple, and fast grating-based X-ray phase-contrastimaging”，PNAS, 2010, 107, 13576; 提出简便、快速、低剂量的 X 射线相位衬度成像方法，研究成果发表在美国科学院院刊 PNAS；入选“2010 年中国百篇最具影响国际学术论文”；
在国际学术期刊发表论文 30 余篇；授权发明专利 10 多项；主持国家自然科学基金委重点项目 1 项、面上项目 3 项，主持国家科技部 973 项目课题 1 项；担任国家重大科研装备“同步辐射纳米成像设备”项目的物理设计负责人，该项目荣获 2014 年北京市科学技术奖， 一等奖；
