吴式枢教授多年来对原子核理论，特别是核多体理论进行了系统的研究，硕果累累。他最早将壳模型理论用于处理μ介子和光核效应，取得了被学术界同行称为“吴模型”的研究成果。

　　二十世纪60年代他应用格林函数方法导出了高阶无规位相近似(HRPA)久期方程，并进行了费曼(Feynman)图解分析;还提出了“推广的组态混合法”，并给出了求解实际问题的途径;这项研究成果1966年在北京国际科学讨论会上得到了国内外同行的好评。70年代提出格林函数的非线性积分方程理论，指出并论证了非线性积分方程在格林函数理论中的应用及其物理含义。1981年在北京核物理讲习班上，可以应用吴式枢教授提出的非线性积分方程理论解决“关于π凝聚问题”的一个尚未解决的难题，他当即被邀请去联邦德国讲学与工作，并作为著名外国学者在联邦德国报刊上做了专门介绍，同时他还提出了核内介子自由度的理论。

　　大庆油田在测井中遇到了水淹油储层无法判断的难题,1971年吴式枢教授组织并带领一个课题组开展研究，提出了通过测量高频电磁波相位差确定地层介电常数的解决方案，为大庆油田研制相位介电测井仪提供了物理依据和设计基础。二十世纪70年代中期,他亲自参加并组织了轻核中子反应核数据评价的理论计算工作,为我国核数据库的建立和发展做出了重要贡献;他参与了《1978～1985年全国基础科学发展规划》的制订工作，该规划为我国基础科学研究的后续发展奠定了基础。近些年来吴式枢教授开展了核内介子自由度与量子强子动力学重整化方面的研究工作，建立了一套切实可行的理论和计算方法。