主要成就
科研成果
朱光亞參與組織領導中國原子彈、氫彈的研製及歷次核試驗，爲中國核武器事業的創建與發展做出重大貢獻。他還參與組織領導秦山核電站籌建、放射性同位素應用開發研究、國家高技術發展研究計劃的制定與實施、國防科技與武器裝備發展戰略研究等工作。
第一顆原子彈爆炸成功
1963年3月，朱光亞參與組織確定了第一顆原子彈理論設計方案，報二機部批准後，千軍萬馬即將奔赴青海草原核武器研製基地進行大會戰。朱光亞等科研、生產人員以及增調的技術骨幹迅速彙集到西北基地，全面開展理論、試驗、設計、生產等各方面工作，形成了研製第一顆原子彈的總攻局面。
1963年5月，朱光亞主持起草了《第一期試驗大綱草案》(即原子彈裝置核爆炸試驗大綱)，指出核爆炸試驗的任務是由低到高逐步過技術關。建議先做地面爆炸試驗，再做空投爆炸試驗，並詳細提出了試驗測試的主要項目、技術保障、測試場地總佈局、試驗規模等內容。8月，朱光亞等領導參加了青海研製基地冷試驗專題研討會，爲綜合驗證理論設計和一系列單項試驗成果，決定儘快實施關鍵性的全球聚合爆轟試驗。在他和王淦昌、鄧稼先、周光召等的組織領導下，解決了大量理論、技術和生產問題，於11月20日成功進行了縮比尺寸全球聚合爆轟試驗。朱光亞親自撰寫試驗總結，認爲這項試驗完成後，原子彈研製的關鍵技術只剩下等待足夠的核材料和臨界實驗了。1964年3月，朱光亞組織制訂研究院《1964年科研工作計劃綱要》，詳細布置了原子彈研製和試驗工作計劃。1964年6月6日，朱光亞在青海基地與其他同志一起組織進行了全尺寸全球聚合爆轟試驗，這是原子彈裝置核爆炸前的一次綜合預演。6月12日，朱光亞組織起草完成了《596裝置國家試驗大綱》，對核裝置運輸、總裝與質量檢驗、引控系統調試、測試項目等各個環節提出了要求，第一次核爆炸試驗開始全面轉入現場實施階段。10月8日，朱光亞等在現場親自指導技術人員嚴格按規程進行原子彈裝置裝配與檢驗。14日晚，經張愛萍、劉西堯、張震寰、張蘊鈺、李覺、朱光亞等簽字後，第一顆原子彈裝置被吊上鐵塔。
1964年10月16日，中國第一顆原子彈爆炸成功。試驗結果表明中國第一顆原子彈從理論、結構、設計、製造到引爆控制系統、測試技術等均達到相當高的水平。
第一次空投原子彈和“兩彈”結合試驗朱光亞主持制定的核武器研究所1960年科學研究計劃中，安排了航彈氣動外形、彈體結構和引爆控制系統的研究和設計項目。1962年，朱光亞參與起草的“兩年規劃”和由他主持制定的“兩個綱領性文件”中，也對核航彈作出了安排。朱光亞與郭永懷等一起組織科技人員與航空部、電子部等部門協作，開展核航彈的研製工作。
到第一顆原子彈裝置爆炸成功時，航彈氣動外形、結構和總體佈局以及引爆控制系統設計都已確定，運載航彈的飛機也已改裝完成。隨後，他們又在首次核試驗的基礎上，對核裝置的理論模型和結構做了設計改進，最終完成了首顆核航彈的研製。
1965年5月14日，在羅布泊成功進行了核航彈空投爆炸試驗，這標誌着中國開始有了可用於實戰的核武器。原子彈與導彈結合而成的核導彈，是比核航彈更爲先進的核武器。核彈頭與核航彈相比，在體積和重量上要大幅度地減小，所要經受的飛行環境條件則更加複雜和苛刻，研製工作難度更大。早在第一顆原子彈研製的攻關時期，朱光亞與核武器研究所其他領導部署了原子彈配導彈的前期探索研究工作。1963年開始進行核彈頭核裝置理論研究和引爆控制系統預研。1964年春，朱光亞等組織制定了核彈頭研製工作計劃，提出了導彈核彈頭協作任務的主要設計、試驗項目及工藝、定型等進度計劃。1964 年4月完成核裝置理論設計方案後，迅速轉入了工程設計階段，開展了起爆元件和大型爆轟試驗，並進行了核裝置結構設計和工藝試驗。同時，引爆控制系統的研製也很快取得了成果。1965年6月，朱光亞等人根據研製工作進展情況，組織討論修訂了研製工作計劃。經過一系列地面環境試驗後，爲鑑定核彈頭在實際飛行環境下的性能，中央批准進行導彈核武器飛行核爆炸試驗(兩彈結合試驗)。
1966年10月27日9時，進行了中國第一次導彈核武器發射爆炸試驗。試驗取得圓滿成功，標誌着中國有了可用於實戰的核導彈。
第一顆氫彈爆炸成功
1963年9月，完成首顆原子彈理論設計後，鄧稼先、周光召等領導的理論部就在朱光亞、彭桓武安排下開始組織力量進行氫彈理論的探索。
1965年元月，二機部決定將黃祖洽、于敏帶領的這部分力量從原子能所調到核武器研究院。2月，二機部上報由朱光亞起草的《關於加快核武器發展問題的報告》。在朱光亞和彭桓武的指導下，組織制定了加速突破氫彈技術的科研工作大綱，並把目標設定爲先進的能配導彈的熱核彈頭。經過充分討論、研究、補充完善，最後綜合歸納出兩種攻關途徑。又經過幾個月夜以繼日的忘我工作，基本明確了攻關的技術路線。在此基礎上，1965年8月，朱光亞組織起草了《關於突破氫彈技術關鍵問題上的工作安排》，對必須重點解決的理論方案和熱核材料製備兩個關鍵問題，尤其是氫彈原理的突破，作了統籌安排部署。在他的支持下，彭桓武、鄧稼先領導理論部組織力量對氫彈原理進行“多路探索”。1965年底，于敏帶領的部分科技人員探索到一種新的製造氫彈的理論方案，朱光亞多次與彭桓武、鄧稼先等組織專家反覆論證，逐步完善了這個方案。同年12月，他參與組織了核武器研究院兩年科研與生產規劃會議，提出突破氫彈原理按兩手準備，以新理論方案爲主，組織全院理論、實驗、設計、生產等各方面力量集中攻關。在抓理論設計的同時，他還親自部署並指導了熱核材料的研製工作。經過各部門的大力協同和艱苦努力，1966年12月28日，氫彈原理試驗成功，這是中國掌握氫彈技術的重要標誌。新原理簡便、先進、可行。朱光亞馬上組織有關人員分析這次試驗的數據，全面展開第一顆全當量氫彈試驗的準備工作。
1967年初，氫彈正式試驗的理論方案完成後，氫彈裝置結構設計、製造等工作緊鑼密鼓地開展起來。1967年6月5日，氫彈裝置終於加工完畢，8日運抵試驗基地，17日，中國第一顆氫彈空投爆炸成功。從第一顆原子彈爆炸成功到第一顆氫彈爆炸成功，中國只用了2年零8個月，先於法國1年時間成爲世界上第四個擁有氫彈的國家，發展速度是核大國中最快的。
地下核試驗
1967年10月底至11月中旬，朱光亞、王淦昌、程開甲、鄧稼先等討論了首次地下核試驗的目的、試驗項目、工程要求等，地下核試驗準備工作全面展開。核武器研究院與核試驗基地密切配合，經過近兩年的艱苦工作，攻克了大量技術難關。1969年9月23日，朱光亞、王淦昌、程開甲、彭桓武等在現場指揮試驗，取得了圓滿成功，這是中國首次進行地下平洞核試驗。1975年10月和1976年10月，朱光亞參與組織領導了中國第二次、第三次地下平洞核試驗，1978年10月，又成功組織首次地下豎井核試驗。
推動核電發展
1971年，剛剛擔任國防科委副主任的朱光亞受命參與組織領導中國第一座核電站的籌建工作。在朱光亞的支持下，項目組經過與許多專家共同商討、論證，逐漸達成了共識，提出了用壓水堆的意見，並很快完成了30萬千瓦壓水堆核電站設計方案。後來的實踐證明，壓水堆的選擇是完全正確的，符合中國實際和世界核電站發展的主流。朱光亞指導了核電站研究、設計任務的分解，以及研究試驗和技術攻關項目的開展，特別是對核燃料組件的設計、試驗、研製等給予了極大的關心和指導，使核燃料組件得以完全立足於中國國內研製成功。
朱光亞親自參與領導了核電站的踏勘選址，親赴浙江、江蘇、上海多個選點考察，最終於1982年選定了浙江省海鹽縣的秦山廠址。1984年2月，朱光亞主持了秦山核電站擴大初步設計的審批會議，審查批准了擴大初步設計，並對即將開展的工程建設中將要面臨的重大關鍵問題和工程進度等作出了決策。1985年3月，秦山核電站正式開工，設備研製同步進行。1991年12月15 日核電站首次併網發電成功，實現了中國核電技術的重大突破。
論文發表
由於從事領域特殊的原因和爲人低調，朱光亞生前公開發表的學術論文只有4篇。
論文：《符合測量方法：(Ⅱ)內變換》《研究性重水反應堆的物理參數的測定》等。
人才培養
1955年5月，朱光亞調離了吉林大學，在這3年時間裏，吉林大學物理系從無到有，師資隊伍發展到50多人，建成12個實驗室，當時的物理系在實驗室建設、人才培養方面在國內處於領先地位。朱光亞在吉林大學教過的學生有519人，他的學生中，後來成爲中國科學院院士3人(陳佳洱、宋家樹、王世績)，教育部副部長1人，著名大學校級領導人6人，國家科學獎項獲得者、著名專家、博士生導師數百人。
