温度、力、电、磁等外界环境敏感的各类智能材料；形状记忆合金；高性能无铅压电材料；铁磁材料/铁磁相变、巨磁致伸缩材料；多铁材料；铁性智能材料中点缺陷的作用；铁性智能材料中的玻璃行为（应变玻璃/弛豫铁电体/铁磁自旋玻璃）；铁性智能材料及其性能的理论研究和计算机模拟。

任晓兵在国际期刊上已发表160多篇论文，其论文被SCI引用超过5100次。其中，单篇引用率最高超过900次，为形状记忆合金领域世界排名第一；有4篇论文引用率超过350次。曾获日本金属学会“杰出青年奖”（1998）、日本“21世纪先驱基金(Sakigaka-21)” （2001）、日本科学城筑波的“筑波杰出青年科学家奖”（2005）、日本金属学会“功勋奖”（2011）等奖励，2005年当选《科学中国人》杂志 “年度人物”。2002年11月正式受聘为西安交通大学“材料学”学科长江学者讲座教授，成为本实验室客座人员。