朱永官长期开展环境土壤学研究，在土壤砷污染机制和控制机理，土壤中抗生素抗性基因污染与传播机制，土壤生物地球化学耦合机制与微生物生态学领域做出了多项创新性的成果，包括1）系统研究砷等微量元素生物地球化学循环。分析和表征了全球（特别是我国）水稻砷、硒的含量及对人体健康的潜在影响，发现砷污染可能导致水稻硒等有益微量元素的积累；系统研究了植物砷吸收积累的生理与分子机制，揭示了水稻根表铁膜与砷动态的关系，发现和表征了植物砷酸还原酶；探明了砷向植物籽粒运输的途径和分子机制；深入研究土壤和水体中砷的生物转化机制及生物修复原理。揭示了蓝藻砷甲基化的分子机制以及不同环境中甲基化基因的丰度与多样性；2）长期开展土壤微生物生态学和根际生物学过程的研究。阐述了植物菌根菌共生与污染物的根际过滤机制及菌根依赖性（生态专一性）与植物磷素高效的相互关系；探明了水稻根际氧化-还原梯度上氨氧化的微生物生态学机制；揭示了土壤中元素生物地球化学循环的若干耦合机制。3）系统研究环境抗生素抗性基因污染，建立了高通量定量PCR方法，揭示养殖环境和城市水系统中抗生素抗性基因污染的特征及其风险。4）长期开展环境放射性的研究，系统开展土壤植物系统中铯和铀等放射性元素的迁移转化机制。由于其杰出的科研成绩，2004-2012年受聘担任联合国国际原子能机构的科学顾问。目前研究重点是从分子水平上研究微生物和植物对污染物的生物转化机制与调控，环境中抗生素抗性基因污染与健康风险，土壤氮素微生物转化及其耦合机制等。