杜宁教授研究范围极广，在聚合反应及新型聚合物的合成，高分子结构、表征与性能，高分子材料成型加工新理论、新技术，微纳米材料和技术，功能高分子和生物医用高分子，天然高分子及环境友好高分子材料，高分子改性、共混与复合，高分子与工业，高分子与教育等方面都做出了突出成就。在烯类自由基聚合方面，内容涉及氧化还原引发体系和反应机理，在过氧化物与胺引发体系中，证实来自过氧化物和胺组分反应产生的两种自由基都能引发单体聚合，首次提出有机过氧化氢物与胺体系的引发机理，并由实验得到证实，烯类接枝聚合和反应机理；其难点是弄清接枝地点与接枝机理，应用模型化合物的反应，弄清了聚醚氨酯、聚醚聚酯的接枝地点和提出接枝机理；非共轭双烯类自由基及负离子聚合，两者都能得环化聚合物；吸电子烯类单体的电荷转移光引发聚合的研究甚少，通过含胺及其他给电子体的光敏引发聚合的研究，首次将芳胺由叔胺扩展至伯、仲胺，在光敏引发聚合方面证实可以通过CTC激发或定域激发两个途径；在离子聚合方面，有四氢呋喃为主的开环聚合与共聚合和反应机理，以及有关嵌段共聚合等，首次发现二酰氯（癸二酰或已二酰氯）/高氯酸银体系引发四氢呋喃聚合是一活性聚合，将活性链中心由正离子转变负离子烯类聚合，得到聚甲基丙烯酸甲酯—聚四氢呋喃—聚甲基丙烯酸甲酯三嵌段共聚物。70年代以来，开展功能高分子研究，特别是涉及光敏高分子以及生物医用高分子，包括抗凝血高分子材料、高分子药物和高分子生物材料中的药物缓释体系等方面。研究出这些材料的合成方法；通过分子设计可以合成不同结构的嵌段共聚物，来调节其降解和释放药物的速度，能达到药物的常效恒速释放。现今又开展了生物老化中化学机理的研究等。
