吳成文院士是使用生物物理方法進行分子生物學研究的先驅，也是國際科學界熟知研究基因轉錄分子機制之科學家。他以生物物理方法闡明「四步驟基因轉錄」：RNA聚合酶與DNA結合、起始、延長、終止。

吳院士更進一步建構一個世界首創可偵測到奈秒高速分子動態的複合式流控昇溫儀 (Stopped–Flow Temperature-Jump Instrument)，解析每步驟於RNA聚合酶(RNA Polymerase) 上DNA如何移動，最終完成序列互補、RNA合成。他同時也利用螢光光譜儀捕捉毫微秒間轉錄分子Sigma Factor於DNA轉錄起始與結束間的循環(Sigma Cycle)。這些成果於分子生物學領域有重大的貢獻，已經成為教科書之教材。

1983年他發現真核細胞轉錄分子TFIIIA含有鋅離子，此鋅離子為轉錄分子與DNA結合及基因轉錄所必需，此一研究提供了鋅手指DNA結合蛋白(Zinc Finger DNA-Binding Protein)的第一個科學實證，在國際科學上引起極大的重視與迴響。

1988年，吳院士返台協助中央研究院建立生物醫學研究的基礎建制系統，以及發展生物科技，擔任中研院生醫所首任所長但同時不偏廢研究（下文詳）。

1990年，吳院士向政府力陳臺灣應有一獨立的國家級醫學研究機構，如同美國的國家衛生研究院(NIH)，來整合各大學醫學院、醫院、及研究中心的研究資源，以支持我國重大醫療、衛生及健康的研究發展。歷經六年的積極遊說與籌劃國衛院終告建立，並由吳院士擔任創院院長。

吳院士以解決國家重大醫病問題為依歸，設立國衛院的任務導向研究，以求提升我國臨床醫療水準。他創設諸多建制：設立臨床醫師研究獎助制度、建立多中心臨床試驗網絡、主導先驅性之專科醫師訓練，例如:腫瘤醫師訓練計畫、感染症醫師訓練計畫，以及老年醫師訓練計畫等，以因應我國平日以及臨急時刻的醫療需求。

吳院士更開啟即時而有效的醫療研究系統，解決臺灣重大緊急醫療事件如登革熱、腸病毒疫情等。茲舉腸病毒為例：

1997與1998年間腸病毒71型疫情爆發，造成臺灣七十餘位幼童猝死，吳院士以國衛院之力，整合所訓練之感染症專科醫師，以及與國衛院合作醫療院所之實驗室，分離出腸病毒致病因子，同時在各大醫療院所建立防治網絡，於極短的時間內控制疫情。此一重大貢獻於世界最被稱譽的醫學學術期刊中刊登（New England Journal of Medicine），該期刊之社論讚揚本次學術研究結合臨床醫師合作的機制，為世界各國將來面對急性疫情之際的一個最佳參考模式。

除此之外解決國人嚴重濫用抗生素問題；吳院士透過國衛院之研究成果，向政府建議，制定重要的管控標準以避免不當或過量用藥，此管控制度的實施促成隔年臺灣抗生素用量下降45.9%，抗藥性亦同步降低，直接地保障國人的健康。

2002年吳院士向衛生署爭取到經費，創立肺癌國家型基因體計畫，擔任總主持人，此計畫針對肺腺癌界定出一系列與癌轉移有關的基因，將其應用於臨床肺癌的檢測、預防與治療；尤其是台灣肺腺癌病患有50%之表皮生長因子（EGFR）基因變異，對其激酶抑制劑有效，這開啟了「標靶治療」的先河，加上檢測與治療的進步，使得臺灣的肺癌存活率由15%增至30%，對我國第一死亡原因的肺癌防治，展現重大的意義。

2014年吳院士受衛福部之邀，重啟國衛院「論壇」並擔任總召集人，針對我國衛生醫療與社會福利之需求，以急迫性、重要性、前瞻性作為議題之研議方向，結合專家學者研擬共識，聚焦衛生福利政策之倡議建言，提供政策建議書，祈作為有效之政策分析，以為政府施政時之依據。

吳院士領導論壇十一年，出版六十餘本政策建言書，泰半政策建言為政府所採納；例如2016年探究我國兒虐問題，提供建議補強社會安全網；2017年探討新興毒品與新興菸害問題；2020年倡議成立腦組織資料庫等；對國家社會的貢獻至鉅。

吳院士以其卓越之學術研究與學術領導於2011榮獲我國最高科學榮譽之總統科學獎。自1988年回國之後，吳院士提升我國醫藥衛生學術研究能量、創擘我國生醫基礎建制、解決國人醫病問題，現今尚領導國衛院論壇，發揮政府之智庫功能。在生命科學領域吳院士早被譽為我國之「生醫開拓手」。