賀克斌院士長期致力於大氣複合污染特別是 PM2.5的研究，以高解析度排放清單技術 - 複合污染多維溯源技術 - 多污染物協同控制技術為核心，推動區域空氣品質動態調控新技術系統的發展與應用。他主持建立了中國多尺度排放清單線上技術平臺，為我國空氣品質管理在精細溯源和定量評估方面技術水準的提升做出重要貢獻。

2017 年，他擔任國家大氣污染防治攻關聯合中心副主任，牽頭指導 2+26 城市統一編制精細化污染源排放清單，牽頭組織研究提出冶金、建材、燃煤、柴油機和 VOC 等重點領域大氣污染治理方案，為秋冬季空氣重污染科學應對發揮關鍵作用，為京津冀及周邊地區 PM2.5 濃度近 5 年實現 35% 以上的下降和北京實現 58 微克 / 立方米做出重要貢獻。作為核心專家，他在 2016 年杭州 G20 峰會、2017 年廈門金磚國峰會等空氣品質保障工作中，發揮重要作用。獲國家自然科學獎二等獎 1 項、國家科技進步二等獎 3 項。