推導出粒子在氣缸內渦流中的運動軌跡方程，提出了周邊混合氣流形成的原理。
發明柴油機的熱混合理論。
建立了周期性脈動式流動的能用速度分布方程，並求得了其頻率影響的無因次式，從而解決了層流流量計多年來未解決的理論問題和設計問題。
研究開發成功我國第壹臺轉速為3000轉/分以上的高速柴油機和第壹臺兩級自由活塞式發動機壓氣機。
創建高校內燃機專業
內燃機是國民經濟與國防各部門廣泛應用的動力機械，50年代初，我國不僅內燃機工業基礎十分薄弱，而且高等院校尚未設立內燃機專業。作為這壹領域的專家，史紹熙回國後當即積極推動與籌劃，並於翌年（1952年）建立了天津大學內燃機專業，成為我國這壹專業學科的首創者之壹。他親任內燃機教研室主任並講授熱工學、氣體動力學、燃燒學、內燃機設計、高速柴油機原理與設計、自由活塞發動機等課程。同時，他又組織翻譯了我國高等學校通用的第壹套蘇聯內燃機教材及其教學計劃和教學大綱，建立了內燃機實驗室，並註意培養青年教師，為我國內燃機高等教育奠定了基礎。
1956年他被選任為我國首批研究生導師，開始招收研究生。這也是由我國專家自行培養內燃機高級人才之始。 他壹貫主張教學與科研相結合，把不斷提高教師自身素質與學術水平和更好地為國家建設培育人才緊密聯系在壹起，使高等學校成為教學與科研兩個中心，達到既出人才又出成果的雙重目的。
1958年任主管內燃機與熱能的第二機械系主任後，又在取得天津市的支持下創建了天津內燃機研究室；
1960年又擴建為教育部與天津市***同領導的天津內燃機研究所並由他親任所長，承擔了不少國家重要科研項目和新產品開發任務。他全面組織領導了105系列與85系列柴油機和多種小型汽油機的設計、研究與發展工作，並在小型高速柴油機研制上取得了新突破，研究成功我國第壹臺標定轉速達3000轉/分（實驗室內高達4000轉/分）的新機型，可滿足軍用發電、快艇輔機和汽車動力的需要，為我國內燃機產品發展作出了重要貢獻。
1960年他還主持設計研制成功了第壹臺自由活塞發動機－壓氣機聯合裝置，並編寫了《自由活塞式發動機》壹書，填補了我國的壹項空白。
1976年隨著我國歷史性的轉折，年已六旬的史紹熙在教學與科研工作上也進入了新階段。
1979年擔任天津大學副校長兼熱物理工程系主任，並創立了工程熱物理專業，接著又籌建了熱能研究所，兼任所長，廣泛地進行了能源利用與開發研究。
1981年被評選為我國首批博士研究生導師。
1984年又被聘任為美國世界開放大學研究生指導教授。
1987年他主持建成了第壹個內燃機燃燒學國家重點實驗室，並親任主任和學術委員會主任，同時建立了我國唯壹的內燃機學科博士後科研流動站。他全面負責領導著這兩個重要部門的工作。到目前為止，他已培養出博士10人、碩士40人，並已承擔博士後科研指導工作。
1981～1986年他出任天津大學校長。在他的任期內，天津大學得到了長足的發展，先後成立了研究生院、管理學院、石油化工學院、材料科學與工程系、物理系、化學系、力學系、人文與社會科學系、外語系等，使之由多科性工科大學擴大為以工科為主，理、工、文、管各科相結合的綜合性大學。 他非常重視國際學術交流，並在國內外學術界擔任著許多重要職務。在他任校長以後，與國外高校進行了更加廣泛的聯系與合作，先後同美、英、加拿大、法、德、日、波蘭、挪威、新西蘭等國22所大學建立了校際合作關系。他不僅常應邀到國外講學和參加國際學術活動，而且於1984、1985年在國內組織了兩次國際會議。
1989年他又組織召開了世界性的第18屆國際內燃機會議（CIMAC）並擔任大會主席。他作為中國內燃機學會理事長，與德國內燃機協會簽定了兩國合作協議，他還以中國大學內燃機學科組主席的名義與英國大學內燃機學科組簽定了學術交流協議，為我國內燃機學術界走向世界，進入先進行列做出了重要貢獻。
發明復合式燃燒系統
50年代末至60年代初期，我國工業和經濟正面臨著壹個極其困難的時期。當時，國內生產的柴油機，性能均已明顯落後，有的產品在生產和配件供應上也遇到了困難。國民經濟的發展，迫切需要依靠自己的力量設計新壹代的產品。其中，最關鍵的問題則是尋求適合我國當時國情的燃燒系統。為此，史紹熙提出了壹種全新的燃燒方式，並定名為復合式燃燒過程，經過近四年的試驗研究，獲得了成功並於1963年通過了鑒定。 復合式燃燒過程的發明，不僅是他在柴油機燃燒理論方面的壹項新突破，而且在應用上也作出了貢獻，在國內外產生了重大影響。 關於柴油機的燃油－空氣混合與燃燒方式，歷來都遵循著傳統的“空間式”或“容積式”理論，亦即在設計燃燒系統時，應將燃料噴成油霧，均勻地分布在燃燒室空間，避免油束觸壁。
1955年，西德MAN公司Meurer壹反傳統觀念，提出了“油膜式”或“壁面式”燃燒過程（M過程），亦即將95%左右的燃料噴塗於燃燒室壁面上形成油膜，由少量的油霧在空間與空氣混合著火，油膜隨之蒸發燃燒。這壹過程在該公司的壹些產品上得到應用，並取得了輕聲無煙的良好效果。但是，經過我國的研究與實踐，發現了它的某些局限性，其中突出的兩個問題是當時噴油嘴的生產不易解決，發動機冷起動較困難。史紹熙面對我國中小型高速柴油機發展中的困境，於1959年提出了既適合中國國情而又兼具上述兩種燃燒方式長處的新型燃燒系統壹復合式燃燒過程。他巧妙地把空間燃燒與油膜燃燒相結合，利用氣缸內空氣渦流隨發動機工況變化的規律，改變燃油在空間與壁面上分布配比，使之在發動機起動或低速運轉時，由於渦流速度低，空間燃料增多而具有“空間式”特點，從而克服了M過程起動困難的缺點；當發動機高速運轉時，由於渦流速度高，壁面燃料多，又具有“油膜式”的特點，其結果不僅改善了柴油機的燃燒過程，降低了燃油消耗率，而且還可燃用多種燃料，特別是避免了采用小型多孔式噴油嘴，而采用我國大量生產的具有自清作用的軸針式噴油嘴，適應了當時我國的制造與使用條件。這不僅是我國第壹個具有獨創性的燃燒過程，而且也早於國外後來出現的類似過程（如德國的D過程和H過程）。日本京都大學著名教授長尾不二夫在“壓燃式發動機的燃燒”論文中評價這壹新的燃燒過程時指出：“天津大學史紹熙教授發明用普通燃燒與壁面燃燒相結合的新方法，取得了良好效果。” 復合式燃燒系統及其理論已編入高等學校教材《內燃機原理》，並於1973年作為國際技術交流資料提供匈牙利。該燃燒系統已廣泛用於我國X105系列柴油機上，曾有30多家工廠生產，年產量高達70多萬千瓦。此項成果榮獲1982年國家發明二等獎。
內燃機缸內流動及燃油噴霧研究
史紹熙身負教學、行政許多領導職務和社會兼職，但卻始終作為學術帶頭人，堅持在科研工作的第壹線。他壹貫倡導在學習、吸收他人的先進思想與技術的基礎上、結合我國實情與發展需要，走自已的創新道路，並在科研實踐中身體力行。因此，他不僅把傳統的“空間式”和“油膜式”兩類不同性質的燃燒方式取長補短，巧妙結合，創造出復合式燃燒系統，而且在以後的工作，不斷開拓進取，並在流體力學、燃燒學、缸內流動、燃油霧化等試驗研究方面不斷取得新的進展與成果。 他在燃燒室內空氣運動與粒子運動的研究中，提出了粒子在旋轉氣流中的運動轉跡新方程。實驗證明，這壹方程較之過去人們壹直沿用的畢興格（Pishinger）方程精確得多。他通過理論和實驗研究，發展了熱混合理論，並提出了柴油機周邊混合氣形成原理。 他在直噴式柴油機壓縮過程湍流場變化規律的研究中，對壓縮過程的能量轉化進行了全面分析，並發現了在上止點附近燃燒室不同部位湍流強度的變化規律。這壹新規律的發現，對了解混合氣的形成與燃燒具有重要意義。 他在發動機充氣過程的研究中又提出了在進氣終結時缸內渦流比的計算公式，實驗證明，較之國際上通用的昌卡圖（Ricardo）公式更為精確。 長期以來，內燃機科技工作者始終把燃燒節能作為主攻的方向，其核心在於如何實現燃油與空氣最有效的混合與燃燒。為此，他在致力於揭示缸內氣體流動規律的同時，還開展了燃料噴霧特性的研究。他用高速紋影法、激光全息攝影法、激光陰影法、激光衍射法和氣體噴射模擬法，研究了柴油機的噴霧特性，並取得了壹些重要成果。例如，油束的碰壁反濺對混合與燃燒有重要影響，適當的碰壁反濺作用可以提高混合速率，加快燃燒速度，但過多的燃料碰壁卻會產生相反的效果。在高噴射壓力下，燃油的射流將引起“卷吸”作用，使油束周圍產生旋渦運動。這壹現象稱為環渦運動（Toroidal movement），而噴油壓力愈高，環渦強度愈大。這是壹個新發現。經實驗證明，當噴油壓力達130兆帕時，噴霧的SMD值比在常規噴油壓力下的粒度小得多，壹般在5～10微米之間。此外，還發現沿噴霧軸線方向向前和沿噴霧半徑向外的SMD均有增大的趨勢，在油束端部和外圍仍有大量燃料尚未蒸發。這與過去壹些學者認為燃油由噴孔射出後立即蒸發成蒸汽的論點也是不同的。這些新發現對柴油機的混合氣形成與燃燒過程的研究具有十分重要的意義。
研究發動機測試新技術
當今世界對內燃機的性能和排放要求日益嚴苛，這就更加需要深入研究解決它的壹系列理論與實踐問題。然而，內燃機缸內油氣混合與燃燒卻是壹種極其復雜的瞬變過程，要探明並掌握它的內在規律，其測試技術就成了具有決定作用的手段。史紹熙多年來壹直十分重視這壹領域的新技術開發與應用，並也取得了不少成果。 早在1949年他就研究成功了測量內燃機空氣消耗量用的片式粘性流量計，1957年他又發表了“關於內燃機空氣消耗量的測定法”論文，文中全面分析了脈動流的速度變化和壓力變化對測量誤差的影響，並提出了消除或減小測量誤差的方法。這也是該領域內在我國最早發表的論文，從而引起了有關專家們的註意並推動了這方面研究工作的發展。此外，他還首次把粒子示蹤法應用於缸內流動測量，並引起國際上的重視。 內燃機缸內壓力測量誤差及其解決方法，壹直是國際內燃機界重視而又未獲滿意解決的問題。為此，史紹熙開展了這壹課題的研究，並於1987年在英國機械工程學會組織的國際會議上發表了“內燃機氣缸內壓力測量的數值仿真及數字信號處理的研究”論文。首次成功地把數字信號處理和數字濾波技術應用於內燃機缸內壓力測量，並由此提出了壹種測量缸內壓力的新方法。在此方法中，保留了壹個短的測壓通道，以避免熱沖擊效應，而通道效應則用數字濾波法濾除。與此同時，還發展了三種數字濾波法，用於對示功圖的處理，以代替目前常用的“光順法”，取得了良好的效果。此外，還提出了內燃機示功圖測量誤差的熱力學修正法。 在激光測霧和測速技術方面，史紹熙也進行了許多工作。例如，1987年他成功地研究出應用激光衍射原理的柴油機噴霧場自動分析測量系統。該系統具有陣列光電探測器並行變換和多路同步觸發並行取樣及數字延時控制等特點，適用於柴油機等的瞬時斷續變化的噴霧場實時自動分析測量，可以對次噴射過程中的不同時刻的噴霧進行測試。這壹成果經專家們鑒定，達到了國際先進水平。1988年他研究成功了光電調制反饋激光多普勒測速儀，突破了傳統LDA的構成模式，用變頻光學頻移技術和光電混合反饋技術，將光路和電路連接閉環負反饋跟蹤環路，提高了信噪比，降低了成本。這項研究成果獲得了國家專利。
用甲醇在內燃機上進行燃的研究
隨著世界性的石油危機的出現，內燃機正面臨著燃料資源短缺和燃用石油產品造成的大氣環境汙染日益嚴重問題。為此，許多國家都在積極開展非石油制品作為內燃機燃料的研究，其中甲醇則是壹種來源豐富的潛在燃料。如果用以作為內燃機的代用燃料，不僅大量節省柴油和汽油，又可減少排放汙染。有鑒於此，史紹熙於1980年在我國首先進行了柴油機燃用甲醇的研究，並在第15、16兩屆國際內燃機燃燒學術會議上先後發表了“甲醇作為柴油機代用燃料的研究”和“雙燃法燃用甲醇的研究”論文。在第8屆國際醇類燃料會議上發表了“在柴油機上用雙燃料法燃用甲醇的燃料控制系統的研究”論文。1988年在492Q型汽油機上進行了燃用純甲醇（M100）的研究並取得成功，熱效率較原機提高33%～48%，燃油消耗率達到了國際先進水平。1989年又完成了“柴油機用熱表面點火法燃用純甲醇（M100）的研究”，熱效率比原柴油機提高4%，功率也增加了9．6%。這些成果為我國今後大量節約石油，拓寬內燃機燃料資源開辟了新途徑。
編纂專著和大型工具書
史紹熙在忙於教學與科研工作的同時，還致力於專著、論著和大型工具書的編纂工作。他在國內外刊物上已發表了70多篇論文。
1983年創辦了《內燃機學報》，這是我國內燃機行業唯壹的高級學術刊物。它國內外稿件兼收，中英文稿並載，所登的論文為國外多家信息系統所收錄，在國內外產生了重大影響。此外，他還主編了《燃燒科學與技術》雜誌，並兼任《工程熱物理學報》副主編和《中國科學》與《科學通報》的編委。
1984年中國農業機械出版社出版了他所主編的380多萬字的《柴油機設計手冊》。這是我國第壹部全面總結柴油機設計經驗，兼收國外最新技術成果的大型工具書，具有較高的實用價值和學術價值。
1988年開始，他又主編了300多萬字的《內燃機設計手冊》，機械工業出版社已作為重點科技圖書，於1992年正式出版。此外，他還擔任了《中國大百科全書》機械卷動力機械部分主編。 他還參加了我國各個時期的科技發展規劃工作，其中包括國家科委制定的《1960年國家科學技術長遠發展計劃》、《1978～1985年全國科學技術發展規劃綱要》、1986～2000年基礎研究長遠發展規劃的制定等，為我國的科學技術發展作出了貢獻。