李德毅院士在国际上最早提出"控制流—数据流"图对理论,描述时间与空间的关联性,给出了基本图元、图对、连接法则、触发机制、设计语言等一整套实现方法,用于复杂系统的结构优化。图对理论在伦敦获得1985年IEEE主席授予的计算机和控制类年度期刊最佳学术论文奖。他把关系数据模型映射成为谓词演算,证明了关系代数运算与逻辑推理中符号问题求解的对等性,并用逻辑程序设计语言PROLOG进行开发,实现了一个关系数据库管理系统,出版专著《A Prolog Database System》;进而又把这一成果扩展到模糊关系数据库领域,出版专著《A Fuzzy Prolog Database》。这两部专著被世界许多大学图书馆收藏,并被广泛引用。
他提出了不确定性知识的表示和推理理论,用自己创造的云模型表示概念的随机性、模糊性以及随机性和模糊性之间的关联性,用期望、熵和超熵作为数字特征实现概念的定性定量转换,给出了云模型构成的多条定性规则同时激活的推理策略和计算方法,成功实现了三级倒立摆的各类动平衡姿态的灵活切换。用云控制倒立摆的论文在1999年第14届世界自动控制联合会上获得杰出论文奖。这是世界自动控制联合会成立42年来中国学者首次获得此奖项。2002年云发生器获得国家发明专利。2005年出版专著《不确定性人工智能》,并于2007年由CRC出版英文版本《Artificial Intelligence with uncertainty》。
李德毅院士长期致力于指挥自动化系统工程和军队信息化工作,先后获得国家科技进步奖二等奖2项、三等奖2项,军队科技进步奖一等奖3项、二等奖4项,主编技术丛书7种,培养博士、硕士研究生40余名。1990年被人事部授予有突出贡献的回国留学人员,1991年享受政府特殊津贴,1992年获国家有突出贡献的中青年专家称号,2005年获得军队专业技术重大贡献奖、国家何梁何利基金奖。发表论文140多篇,出版中文专著3本、英文专著2本。