管惟炎主要从事低温物理与超导的研究，与他人合著有《超导电性》（一、二）、《超导研究75年》，发表学术论文70多篇。从事强磁场超导材料和超导磁体的研究，60年代以来在中国首先倡导并进行强磁场超导材料与超导磁体的研制，与国内若干研究单位、高校、工厂合作，先后研制了几种具有国际水平的国产超导材料。又从事有关超导材料的基础研究，解决了第二类超导体临界场与临界电流的起源问题，发明了一种测量强场超导材料临界特性的新方法，验证了超导体的相变热力学关系式。研究发现了超导体在磁场中转变时的负磁阻效应，在SrTiO3和ZrO2衬底上分别达到5×106安/厘米2和106安/厘米2的电流密度，在单晶硅衬底上取得居国际先进水平的84KYBaCuO薄膜。
管惟炎是多次国际科研规划凝态物理计划的起草人并主持过该项计划的会议，是中国大百科全书凝态物理的主编，对推动我国高温超导研究及同步辐射加速器的建设有重要贡献。 主要从事高温超导研究。目前国内超导研究集中的单位如中科院物理研究所、中国科大、北大及冶金部门的团队均是当年经低温超导研究中培养出来的人员。
发现了高温超导体中的离子尺寸效应（包括Tc，Tn，Pn，Rh等），薄膜中的反迈斯纳效应，磁滞回线中的鱼尾现象及超导电性与非磁性的共存现象等。其中离子尺寸效应受到国际学术界的关注，对高温超导的微观理论有重要启发。
