把地质编图提高到新水平
早在20世纪60年代初，他在地质部地质科学院地质研究所工作的时候，曾参加并主持了若干区域地质调查图幅设计、报告的评审验收工作。他主持编制了1∶20万及1∶100万区域地质调查规范，参与组织了中国区调工作会议和中国区调图幅清理工作，他主要负责抓重点地质区（带）区调工作部署和试点图幅的科学技术研究。他还经常结合区调图幅的问题进行短期野外地质考察，以解决填图中的有关问题等等。这些工作都为他以后进行地质编图打下了坚实的基础。
20世纪70年代以来，他主持编制了多种地质矿产图件，并且不断地探索技术方法、总结编图经验。在编图中，他始终坚持“严格要求、精心设计、精心编绘、严格审校、力求创新”的指导思想。他说：“编图过程就是区域地质综合研究的过程。”他强调丰富的科学内容与完好的表现形式相结合，提倡编图质量和科学技术上的创新。他自己则总是与编图组的们一道充分搜集研究已有的资料，深入综合分析对比，熟悉并掌握各地质区（带）的地质特征并作出合理的处置，还根据地质科学与地质工作的新进展，不断增加新的地质内容，扩大地质信息量。同时，在制图技艺、图面结构、色标制作等方面也不断进行革新。因此，编出的地质图件，其地质轮廓清晰，地质内容翔实，数据可靠，繁简适度，绘制精细，结构合理，色调配置得当，图形美观，从而把中国的地质编图提高到了国际先进水平，受到国内外地质界的高度评价，并被广泛引用。他先后主持编制的1∶400万《中华人民共和国地质图》（1972年版）、1∶500万《亚洲地质图》（1975年版）、《中华人民共和国地质图集》（1973年版）及1∶200万《中国矿产图》等曾先后获得中国科学大会奖、国家自然科学一等奖、地矿部科技进步一等奖。1∶400万《中华人民共和国地质图》（1976年版）、1∶400万《中华人民共和国构造体系图》（1976年版）和《亚洲地质图》公开出版，并在第25届国际地质大会上展示，在国内外地质界、舆论界引起强烈反响。国际地科联主席杜伦佩教授称赞说这“是第一流的”。《中华人民共和国地质图集》出版后，日本和英国要求由他们翻译出版。美国《地质时报》称“图件在细节上很精致”、“制图上配置很好”、“印刷达到了高水平”。香港大学地质系彭琪瑞教授称，这“对亚洲地质及世界地质的了解和研究是一个巨大的贡献”。
系统总结中国和亚洲区域地质
他在长期科研实践和区域地质资料积累的基础上，又不断地搜集分析新的研究成果，并且结合几轮编制的中国地质图件，多次总结中国区域地质特征，发表了二十多篇论文，编撰了《中国地质概述》专着，这是对中国区域地质的初步的但也是系统的总结，在“文化大革命”的历史条件下，却又是一个非常重要的总结。《中国地质概述》和有关论文划分了中国大陆的构造地质区和地质演化阶段，厘定了中国构造运动和岩浆活动期序，论述了中国地质的若干特点和矿产分布的地质条件。他把中国大陆划分为地台区、陆间增生褶皱区、陆缘增生褶皱区等3种“构造地质区”和10个“构造地层区”；划分出12期主要的构造运动，并以阜平运动、吕梁运动、晋宁运动、印支运动为转折，把中国地质演化划分为五大阶段。
作为集体研究成果，《亚洲地质》是中国地质学家编撰的第一部论述亚洲区域地质的专着。李廷栋是项目负责人和主要作者之一。《亚洲地质》根据王鸿祯院士倡导的构造活动论和地质发展阶段论的观点，把亚洲大陆分为6个地层大区（地质大区）和四大地质发展阶段，系统而概要地论述了亚洲大陆自然地理、区域地层、区域岩浆岩和区域构造时空发育的总体特征。李廷栋则从自然地理与地质结合上，把亚洲划分为六大自然地理区，从形成的地质背景上总结出亚洲地势发育的4个条件和特点，概括出6种山体结构形式。他从地壳结构及其演化的差异出发，把亚洲划分为六大构造岩浆域，总结出亚洲岩浆活动的阶段性、继承性、分异性、分带性及迁移性的时空演化规律；在有关论文中把滨太平洋中新生代岩浆岩划分为陆内、陆内断陷、陆缘盆地及西太平洋岛弧4个构造岩浆区和20个构造岩浆系，并分别论述了它们的特点。该书获1982年中国优秀科技图书奖。
探索青藏高原的隆升
1980年10月，他受命任中国地质科学院院长。党的十一届三中全会之后，本着拨乱反正、解放思想、实事求是的精神，科研单位同样面临着治理整顿的繁重任务。他出任院长（1980—1986）的6年，也正是中国经济体制及科技、教育体制改革的起步时期，院务繁重。一方面他以主要时间和精力抓好院务管理和改革；一方面又以中方联系人的身份参与主持了中法“喜马拉雅地质构造与地壳上地幔的形成演化”合作研究项目。作为院长，他毫不懈怠；作为科学家，他没有节假日，没有晚上休息时间，努力地进行着科学研究与探索。
中法喜马拉雅地质构造的合作研究是一次大规模的科学考察，先后参加工作的有四百余人。李廷栋作为中方联系人，参加并主持了历次中法双方的会晤和谈判，并先后三次进藏开展地质调查，致力于青藏高原区域地质的综合研究，实行“地质与地球物理调查相结合，地质立典性研究与区域综合研究相结合，宏观观测与微观研究相结合”。他作为主要作者之一，发表了《喜马拉雅岩石圈构造演化·总论》等专着，在国内外刊物上发表论文二十多篇。他从地质与地球物理的结合上论述了青藏高原岩石圈结构构造及其演化模式；指出高原存在扬子、华夏、冈瓦纳三种类型的基底；提出“陆内汇聚—地壳分层加厚—重力均衡调整”的青藏高原隆升模式。他认为，高原大幅度快速隆升始于第四纪。他作为第一作者撰写的《青藏高原地壳演化与隆升机制》一文在莫斯科第27届国际地质大会上宣读，引起与会者的广泛兴趣，并应邀发表于英文刊物《构造物理学》上。该项成果获地质矿产部1989年科技成果一等奖。
后来，他又结合亚东-格尔木地学断面研究新资料，再次进行高原中部地体构造分析，进一步研究了高原隆升的过程与机理，把高原隆升划分为“俯冲隆升（K2-E2）、汇聚隆升（E3-N1）、均衡调整隆升（N2-Q）”三大阶段，并初步探讨了各阶段隆升的特点和幅度。有关论文《青藏高原隆升的过程和机制》亦于1996年应邀发表于《构造物理学》期刊上。
推进全球的南极地质研究
“上天、入地、下海、登极”的地学科学研究，一直被人们作为科学研究的前沿，为世人所瞩目。他有幸于90年代前期主持了“南极岩石圈结构”的国家攻关项目。为了在较短时期内掌握南极大陆地质概貌，取得几项高水平的科学成果，他提出并实施了“抓两头”的科学考察战略∶一头抓地质立典式的调查研究，一头抓区域地质综合研究。实践证明这种战略是奏效的。他们这个科研集体一方面充分利用长城站、中山站的工作条件，选择前沿性、关键性的地质问题开展地质立典式的精细的地质调查研究，取得一些创新性科研成果：首次提出了东南极拉斯曼丘陵地区5?5—5亿年前泛非构造热事件的地质含义；在南极首次发现罕见的硅硼镁铝矿；完善了南极地区布兰斯菲尔德海峡地层层序和构造格架；进一步厘定了乔治王岛菲尔德斯半岛火山岩时代和成因；对陆地威德尔生物地理区和冈瓦纳古陆再造提出了新的证据和认识。另一方面狠抓区域综合研究，编制1∶500万南极地质图、矿产图，系统搜集已有的地质、地球物理和矿产资料，总结南极大陆地质构造的基本特征和矿产资源的总体面貌，使中国成为世界上编制完成南极洲地质图的少数国家之一，为中国制定南极政策和为人类和平利用南极作出了贡献。
1971年，李四光先生逝世。李廷栋参加了“李四光遗留资料整理小组”，与李林、马杏垣、高文学、周国钧等一起整理、编译了李四光先生的着作、讲话和有关地质工作的建议等，这也成了他一个极好的学习机会。
李廷栋于1986年10月调任地质矿产部副总工程师后，长期从事地质科技管理工作，并就国土地质调查、地质工作发展战略等提出了若干建设性的意见和建议。
他还多次参加国际学术会议，是第25.27.28.29届国际地质大会中国地质代表团的代表，是第30届在北京召开的国际地质大会学术委员会主席。还曾对俄罗斯克里米亚、高加索、库页岛，日本北海道，美国洛杉矶、加利福尼亚和图桑，加拿大安大略，以及冰岛、南极等地进行野外地质考察，丰富了地质知识，增强了地质对比能力。
他非常重视人才培养，在科学研究和科技管理十分繁忙的情况下，他培养了多名硕士生、博士生，一丝不苟、循循善诱地指导他们的工作。
李廷栋院士说，对我的成长起关键作用的还是几次承担科研项目的实践，特别是进行野外地质调查研究的实践。他非常重视野外地质工作，他治学严谨、踏实认真、谦虚谨慎、善于吸取各家所长，成为新中国成立后成长起来的优秀地质学家的代表之一 。
