谢素原和团队始终专注于碳簇化学的研究，发现了“张力释放”和“局域芳香化”两个原理来稳定新型富勒烯，从而突破了“独立五元环规则”的制约，丰富了碳簇的数量和种类；发明了多段燃烧合成法，大规模制备了多种富勒烯及其衍生物，使富勒烯及其衍生物被作为电子受体材料与健康时尚产品添加剂得到示范应用推进。迄今为止发表论文150余篇，其中包括Science、Sci Adv、Nat Chem、Nat Mater 、Nat Nanotech 、Nat Commun、J Am Chem Soc、Angew Chem Int Ed等期刊的论文30余篇，编著了《富勒烯：从基础到应用》一书，为《现代无机合成化学（英文）》（徐如人院士等主编）撰写了“富勒烯合成化学”专章。先后在2006年和2015年两次获国家自然科学二等奖（分别为第三和第一完成人），并获得2015年度“全国优秀科技工作者”、2020年度“中国化学会会士”等荣誉。